המתיחה הגדולה

תהליך פיצול הגנים לתאי המין מתחולל בתאי הנבט שמהם נוצרים תאי הרבייה. בשלב הראשון מוכפל המטען הגנטי של תאי הנבט. לאחר מכן, כל שני כרומוזומים תואמים (הומולוגיים) מחליפים ביניהם מקטעים גנטיים

אדם או בעל-חיים שמחליט להתרבות ניצב בפני ברירה לא פשוטה. הוא יכול להעביר אל הדור הבא, אל העתיד, רק מחצית מכמות הגנים שלו (שיחד עם מחצית מכמות הגנים של בן או בת הזוג ירכיבו שוב מטען גנטי שלם). כדי להימנע מברירה אכזרית – שגם אינה יעילה מבחינה הישרדותית – התפתחה במהלך האבולוציה שיטה שמאפשרת לחלק באופן אקראי את ה”השקעה” ב”סלים” שונים.

בפועל, התהליך הזה מתחולל בתאי הנבט שמהם נוצרים תאי הרבייה. בשלב הראשון מוכפל המטען הגנטי של תאי הנבט. לאחר מכן, כל שני כרומוזומים תואמים (הומולוגיים) מחליפים ביניהם מקטעים גנטיים. ההחלפה מבוצעת על בסיס התאמה מלאה ככל האפשר של הרצף הגנטי בין המקטעים המוחלפים. זהו תהליך השיחלוף הגנטי.בהמשך נחלק המטען הגנטי הכפול בין

ארבעה תאי רבייה (תאי זרע או ביציות), שכל אחד מהם נושא מחצית מכמות הגנים שקיימת בתא רגיל – ב”סל גנטי” בעל הרכב שונה ו”אישי”. כך מבטיחה האבולוציה שייווצרו צאצאים שהם דומים במידה מסוימת להוריהם אך גם שונים מהם ובעלי אישיות ותכונות ייחודיות משלהם (שאולי יתגלו כחיוניות להישרדות בתנאים מסוימים).שיחלוף גנטי מתבצע גם בתהליכי תיקון של הדי-אן-אי: מקטע שהתגלתה בו תקלה, או שגיאה, נקטע, ובמקומו “מותקן” עותק חדש, שנוצר על-פי המקטע התואם בכרומוזום המקביל. אבל איך בדיוק מקטעים גנטיים תואמים “מגלים” זה את זה כדי להחליף ביניהם מקומות?

מדובר במקטעים שגודלם (אורכם) הוא כמיליונית אחת מהאורך הכולל של הגנום. כל שיחלוף מחייב את המקטעים למדוד את עצמם שוב ושוב מול מאות אלפי מקטעים, עד שיימצא המקטע האחד שהרצף הגנטי שלו תואם במלואו את הרצף שלהם.

ד”ר צבי טלוסטי ותלמיד המחקר יונתן סביר, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, בחנו את התהליך הזה בכלים פיסיקליים. ממצאי מחקרם פורסמו באחרונה בכתב העת המדעי Molecular Cell. “ידוע שבשלב השיחלוף נמתח מקטע הדי-אן-אי ב-50% בממוצע”, אומר ד”ר טלוסטי. “למתיחה אחראי חלבון הקרוי RecA, שהוא ודומיו קיימים בכל עולם החי”.

המדענים חקרו את תופעת המתיחה במטרה להבין אם היא מהווה שלב חיוני במהלך השיחלוף, או שאינה אלא תופעת לוואי כלשהי. סימן השאלה התעצם לנוכח העובדה, שתהליך המתיחה צורך אנרגיה לא מבוטלת, ומקשה על תהליך איתור המקטע התואם ועל ההתארגנות של החומר הגנטי במבנה הסלילי הידוע שלו.

במחקרם השתמשו המדענים במודל בסיסי המוכר מחיי היום-יום – רווח והפסד. למשל, כאשר מקטע גנטי מסוים מודד את עצמו מול מקטע מועמד, אפשר לומר שהוא מרוויח כאשר הוא מזהה נכון את טיבו של המקטע המועמד. אם מתגלה התאמה, הוא מבצע את השיחלוף, ואם לא, הוא ממשיך לחפש הלאה. לעומת זאת, ברור שהוא “מפסיד” אם הזיהוי שגוי, כלומר אם מתבצע שיחלוף עם מקטע שאינו תואם, או אם הוא מחמיץ את המקטע התואם. כך, מן הסתם, חשים אנשים שיוצאים לפגישה עיוורת. לעיתים יש התאמה, והשקעת האנרגיה מניבה פרי, ולעיתים אין התאמה, ועוברים לחפש הלאה. אבל אם ממשיכים ללא התאמה, מגלים בהמשך שמדובר ב”בזבוז זמן”.

המדענים בחנו נתונים על שיחלוף גנטי בחיידקי אי. קולי, שהתקבלו בניסויים במספר מעבדות ברחבי העולם. ד”ר טלוסטי: “כשבדקנו את הנתונים במודל של רווח והפסד, גילינו שהמתיחה מגיעה בדיוק עד לנקודה שבה ההפרש בין הרווח (התאמה נכונה) להפסד (התאמה לא נכונה) יהיה הגדול ביותר האפשרי, כך שעבור החיידק מדובר במאזן הטוב ביותר שניתן להשיג”. כך גילו המדענים, כי הקשיים שנלווים לתופעת המתיחה כדאיים, מכיוון שבדרך זו מופחת עד למינימום הסיכון שמקטעים “יתפתו” להשתחלף עם מקטעים נגדיים שאינם תואמים, דבר שעלול להוביל ליצירת צאצאים פגומים ולהכחדה. למעשה, נמצא שככל שמתיחת המקטע גדולה יותר, קטן בהתאמה הסיכון לשיחלוף שגוי; וכי מתיחה של 50% – כפי שאכן קורה בפועל – היא שיווי המשקל בין עלות (קושי למצוא מקטע גנטי תואם) לבין תועלת (הפחתת הסיכון לטעות).