פרופ' עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, שפיתח שיטה חדשנית למיפוי של מולקולות DNA, משתף פעולה עם חוקרים מרחבי אירופה במסגרת קונסורציום BeyondSeq. המשימה: איתור מידע אפיגנטי, העשוי לסייע באיבחון מוקדם של סרטן ומחלות אחרות
בסוף חודש יוני נחנך בישראל הקונסורציום הבינלאומי BeyondSeq, שבו שותפים הטכניון, אוניברסיטת תל אביב וחמישה גופים מבריטניה, שוודיה , בלגיה וצרפת. היעד: לפתח שיטות לפענוח מידע אפיגנטי מדוגמאות קליניות. BeyondSeq ("מעבר לריצוף") נוסד הודות למענק של 6 מיליון יורו מ"הורייזון 2020" – תוכנית המסגרת של האיחוד האירופי, שבחרה בו וב-7 קבוצות מחקר נוספות מתוך 450 קבוצות שהגישו הצעות.
"ריצוף הגנום הוא אחת המהפכות הדרמטיות ביותר בתחום מדעי החיים והרפואה," מסביר פרופ' עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית, העומד בראש הקבוצה הטכניונית בקונסורציום. "עם זאת, הריצוף הקיים מאפשר מיפוי של הרצף הגנומי הבסיסי (המיוצג באותיות A, C, G, T) אך לא של מידע אפיגנטי. יתר על כן, שיכפול ה-DNA מכניס שגיאות בקריאת הרצף, מוחק לגמרי את המידע האפיגנטי, וכרוך בעלויות גבוהות. כל זה נחסך בשיטה שלנו, שגם מאפשרת להשתמש בדוגמאות זעירות המורכבות ממולקולות ספורות." על פי ההערכות תשמש השיטה לאיבחון מוקדם של מחלות ולמעקב אחר התפתחותן ללא צורך בהליך פולשני.
אפיגנטיקה היא ענף החוקר תהליכי שינוי כימיים בבסיסי ה-DNA אך אינם כרוכים בשינוי רצף ה-DNA. האפיגנום גמיש ומשתנה כתוצאה מהשפעות סביבתיות כגון תזונה ולחץ, וזיהוי מוקדם של השינויים החלים בו עשוי להוביל לטיפול מוקדם ויעיל יותר במחלות הנגזרות מהם, ובהן סרטן.
"ככל שמתפתח המחקר האפיגנטי מתבררת חשיבותו העצומה, שכן לאפיגנום השלכות קליניות רבות ודרמטיות," מסביר פרופ' מלר. "פענוח הדינמיקה האפיגנטית היא אתגר מדעי עצום, שכן שיטות הריצוף הקיימות אינן חושפות את המידע הזה באופן ישיר. זה אחד הפערים שהקונסורציום שלנו בא למלא: פיתוח דרכים לקריאת האינפורמציה האפיגנטית לאורך מולקולות-DNA בודדות ולפענוחה הממוחשב בהקשר הקליני, כלומר איבחון שיבושים פתולוגיים וסימנים ראשונים לסרטן המעי ולסרטן הריאות."
מעבדת מלר פיתחה טכנולוגית קריאה של DNA באמצעות חרירים ננו-מטריים, שעוביים כשל מולקולת DNA (בערך 2 ננו-מטר), הנקדחים בשכבות סיליקון דקיקות. מולקולות ה-DNA, הבנויות כשרשראות הטעונות במטען חשמלי שלילי, נמשכות באמצעים אלקטרו-מגנטיים לכיוון החרירים, ואחד מקצות השרשרת מושחל לננו-חריר בעזרת הכוח החשמלי. בזמן מעבר השרשרת בחריר מבוצעת סריקה של המולקולה )באמצעים אופטיים או חשמליים).
פרופ׳ מלר החל לעבוד בתחום הביופיזיקה של מולקולות בודדות עוד בזמן הדוקטורט שלו במכון ויצמן למדע. לאחר מכן השתלם (פוסט-דוקטורט) בשתי מעבדות: במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן ובאוניברסיטת הרווארד בארה״ב (ביולוגיה), שם החל לעבוד על ננו-חרירים. לאחר מכן שהה כעמית מחקר בכיר במכון רולאנד בהרווארד במשך 8 שנים, ועמד בראש המעבדה לביופיזיקה של מולקולות בודדות. משם עבר לאוניברסיטת בוסטון כפרופסור חבר קבוע במחלקה להנדסה ביו-רפואית. בשנת 2010 חזר פרופ׳ מלר לישראל לפקולטה להנדסה ביו-רפואית עם מינוי משני בביולוגיה, והוא חבר במכון ראסל ברי לננו-טכנולוגיה.
את הטכנולוגיה שתפותח במסגרת קונסורציום BeyondSeq החל פרופ' מלר לפתח כבר ב-1998 באוניברסיטת הרווארד, וכעת המשימה היא להתאים אותה מריצוף "רגיל" לריצוף אפיגנטי. השנה כבר פרסמה הקבוצה שלושה מאמרים מדעיים בנושא זה: שיפור גלאי הננו-חרירים האופטיים (Nano Letters, 15, 745–752, 2015) , זיהוי של חלבוני אוביקיוטין בודדים ע"י ננו חרירים (Biophysical Journal 108, 2340–2349, 2015), ומיפוי של פקטורי שיעתוק לאורך DNA ברמת המולקולה הבודדת (Scientific Reports 5, 1–11, 2015) .
"המחקר במעבדתי היה תמיד על התפר שבין מדע בסיסי לבין היבטיו היישומיים – ובמקרה הזה בתחומים של ריצוף קליני ורפואה מותאמת אישית. בארה״ב פיתחנו שיטות חדשות לריצוף מולקולות DNA במימון מכון הבריאות האמריקאי (NIH). מטרת הפרויקט, שאליו הצטרפתי עם כינונו ב-2005, היתה להוריד את עלותו של ריצוף הגנום בכ-5 סדרי גודל. עם הצטרפותי לתוכנית עמדה עלותו של ריצוף הגנום האנושי על יותר מעשרה מיליון דולר (לגנום של אדם יחיד) – סכום שרק מעטים יכולים להרשות לעצמם. כיום, במידה רבה בזכות הפרויקט של NIH, עולה ריצוף כזה פחות מאלף דולר ומתחיל להכנס לסלי הבריאות בעולם. למהפכה זו, שהתרחשה כתוצאה מפיתוח של שיטות ריצוף חדשות לגמרי – ולא רק משכלול השיטות הקיימות – השלכות דרמטיות על המחקר הבסיסי, על הרפואה ועל החברה שבה אנו חיים."
4 Responses
היופי בפרויקט הזה בדומה לאחרים הוא הניסיון להתמודד אם בעיות גדולות ביותר של המדע ורפואה ע"י שיטות שמהותם היא בחינת כל מולקולה בפני עצמה בניגוד לרוב השיטות שנוהגות להתבונן על הכול ביחד. זה קצת כמו לזהות אם מישהו הגיע לעבדה ע"י ספירת כלל העובדים בניין משרדים ברגע נתון במקום לחפש אותו במצלמת האבטחה שבכניסה לבניין .
כאשר ההבדל בין השיטות היא רמת ההשפעה של גורמים נוספים על התשובה המתקבלת, בזמן שבשיטה הראשונה כל עודף או חוסר של אדם אחר יכול לגרור מסקנה שגויה, בהתבוננות במצלמה אין הבחינה של כל עובד היא כנגד עצמו לכן הסיכוי לטעיות יורד משמעותית, זה הופך את המסכנות לספציפיות וסוג מידע שמקבלים הוא אחר.
לכן המגבלות הטכנולוגיות שונות מהותית והרבה בעיות שבשיטות הסטנדרטיות אין דרך קלה/זולה לפתור אפשרי בטכנולוגיות ממין אלו.
היתרונות רבים, גם אם אנחנו מנסים להסתכל על תוספות קיימות על מולקולה מוכרת כמו מידע אפי גנטי על ה-DNA כמו במאמר הנ"ל. וגם בהתבסס על ידע מוקדם אפשר לסמן באופן ספציפי את מה שמחפשים ואז למצוא אותו באופן ספציפי את הסימון.
העולם מתקדם לכיוון רפואה מותאמת אישית, הטכנולוגיות הללו הן רק עוד נתבך במעבר התפיסתי שיש צורך בידע ספציפי על החולה והבעיות הספציפיות שלו לאומת המצוי היום שמשווה את הבעיות של חולה לבעיות הממוצעות בקבוצת הגיל שלו.
יוסי גם לבדיקות דם יש השלכות פוטנציאליות רעות, כך גם לטוקבקים ולאנשים שקוראים להם ניסים. ידע הוא כוח שצריך לחוקק לו גבולות ואז נוכל להשתמש בו לטובת האנושות ולא לרעתה. מהי טובת האנושות? האם חוסר הידיעה פוטרת אותנו מהצורך לחקור? בעצם התקווה שלנו תלויה בועדת המחוקקים שתוקם, אני מקווה שלא ישבו בה אנשים שיבחרו דווקא לציין את המובן מאליו.
יוסי
יש לזה פתרון פשוט. בארה"ב מותר לחברות הביטוח הרפואי לשאול שתי שאלות – גיל, והאם אתה מעשן.
להמצאה החשובה הזו יש גם השלכות פוטנציאליות רעות. אם חברות ביטוח יכולות מבדיקת דם אחת להסיק שנהיה חולים במחלה X תוך Y שנים, הן עלולות לסרב לבטח אותנו, או לפחות להתמקח איתנו כך שלא נבוטח על מחלה מסוימת. ההבדל מעכשיו הוא שהם לא יודעים מי יחלה במה, וביישום המדע הזה, הם ידעו. לכל התפתחות מדעית צריכה להתלוות התפתחות חברתית/תרבותית שתהיה מוכנה לקבל את הידע הזה בתצורה שתגרום טוב לאנשים ולא רע.