חידקיים יוכלו לייצר חלבונים לשימוש בחלל

הטבע הביא להתפתחותם של חומרים מבוססי-חלבון בעלי תכונות מכאניות המתחרים אפילו עם החומרים הסינתטיים הטובים ביותר. לדוגמה – קורי עכביש חזקים יותר מפלדה. אולם, שלא כפלדה, הסיב הטבעי אינו ניתן לייצור המוני. מדענים מדווחים על שיטה במסגרתה חיידקים מסוגלים לייצר קורי עכביש וחלבונים אחרים שיוכלו להיות יעילים במהלך משימות חלל

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

“בטבע קיימים שלל חומרים מבוססי-חלבון בעלי תכונות מכאניות מדהימות, אולם ההספקה של חומרים אלו היא בדרך כלל מוגבלת”, אומר החוקר הראשי. “המעבדה שלי מתמקדת בהנדסת חיידקים, כך שנוכל לא רק לייצר את החומרים הללו אלא אפילו לשפר אותם”. אם ניתן יהיה לבצע ייצור המוני של קורי עכביש הרי שאלו יוכלו לשמש במגוון יישומים, החל מאריגים חסינים לקליעים וכלה בתפרים כירורגיים. אולם, הייצור של קורי עכביש די מאתגר – עכבישים מייצרים כמויות קטנות ומינים מסוים הופכים להיות קניבליים כאשר מקבצים אותם יחדיו. לפיכך, מדענים ניסו להנדס חיידקים, שמרים, צמחים ואפילו עזים לשם הייצור של קורי עכביש, אולם הם עדיין לא הצליחו לשכפל באופן מלא את התכונות המכאניות של הסיבים המיוצרים בטבע.

חלק מהבעיה טמון בכך שהחלבונים הבונים את קורי העכביש מקודדים על ידי רצפי דנ”א ארוכים במיוחד תוך חזרות גבוהות של המקטעים עצמם, זאת לאחר שעכבישים פיתחו לעצמם דרכים לשמר את הרצפים הללו בתוך הגנום שלהם. אולם, כאשר מדענים הכניסו סוג כזה של דנ”א לתוך אורגניזמים אחרים, הגנים הפכו להיות בלתי יציבים, ואפילו עברו שינויים על ידי המנגנון התאי של המארח. חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון תהו האם ניתן לקטוע את הרצפים הארוכים החוזרים על עצמם לכדי מקטעים קצרים יותר שאותם יוכלו החיידקים לנצל ולייצר חלבונים על בסיסם. ואז, החוקרים יוכלו לחבר את החלבונים הקצרים יותר לשם קבלת קורי העכביש הארוכים יותר.

צוות המחקר הכניס גנים לחיידק המקודד שני זנים של חלבונים לקורי עכביש, שכל אחד מהם מחובר על ידי רצף המכונה בשם ‘אִינְטְרוֹן(intein, intron) ‘. רצפים אלו הם רצפי חלבונים המופיעים בטבע והם בעלי פעילות אנזימטית: שני רצפים כאלו, כל אחד בקצהו של שני חלבונים נפרדים, יכולים להיקשר ואז לבקע את עצמם תוך יצירת חלבון שלם מתפקד. לאחר הכנסת הגנים, החוקרים ביקעו את מבנה החיידק וטיהרו את החלקים הקצרים של חלבון קורי העכביש. ערבוב המקטעים הקצרים גרם להם לחבור יחדיו באמצעות הדבק של קצות האינטרונים וליצר חלבון שלם. כאשר הופכים את התוצר הזה לסיבים, קורי המשי המיוצרים על ידי החיידקים כוללים את כל התכונות של קורי עכביש טבעיים, לרבות החוזק יוצא הדופן שלהם, העמידות ויכולת המתיחה שלהם. החוקרים קיבלו יותר משי באמצעות שיטה זו מאשר ייצורם על ידי עכבישים (שני גרמים של משי לכל ליטר של תרבית חיידקים), וכרגע הם מנסים להגביר עוד יותר את יעילות התהליך.

החוקרים מסוגלים ליצר מגוון חלבונים פשוט על ידי החלפת הדנ”א של קורי העכביש והחדרת רצפים אחרים לתוך החיידק. למשל, החוקרים השתמשו בשיטה על מנת ליצר חלבון מתוך שרירים הנקשר באופן הדוק למשטחים, חלבון שיוכל לשמש בעתיד בתור דבק תת-מימי. כעת, החוקרים מנסים לייעל את התהליך כך שתגובת החיבור של מקטעי החלבונים תוכל להתרחש בתוך תאי החיידק עצמו. מנגנון כזה יוכל לשפר את היעילות ואת פוטנציאל האוטומציה של המערכת וכך החוקרים כבר לא יצטרכו לטהר את שני החלקים של החלבון ורק אחר כך לשלב אותם יחדיו. בנוסף ליישומים שיוטמעו כאן על פני כדור הארץ, המערכת לייצור החלבונים מתוך החיידקים תוכל להיות שימושית במהלך משימות חלל, מוסיף ואומר החוקר הראשי: “נאס”א היא אחד מהגופים המממנים אותנו, והם מעוניינים בתחום של ביו-ייצור,” אומר החוקר. “כרגע חוקרים בנאס”א מפתחים טכנולוגיות שבאמצעותן ניתן יהיה להמיר פחמן דו-חמצני לכדי פחמימות (סוכרים) שתוכלנה לשמש כמזון לחיידקים בלתי מהונדסים. בצורה זו, אסטרונאוטים יוכלו לייצר את החומרים מבוססי החלבונים הנדרשים להם בחלל מבלי להביא איתם מכדור הארץ כמות גדולה של חומרי גלם”.

הידיעה על המחקר