ספירת מלאי – כמה גנים יש לנו באמת?

מחקר חדש שנערך על ידי קבוצת חוקרים מ-MIT ואוניברסיטת הרוואד ופורסם במגזין PNAS, מעריך כי מספר הגנים האנושיים קטן בכמה אלפיים מהמקובל לחשוב, ועומד על כ- 20,500 גנים

כמה גנים יש לאדם? המידע הגנטי ביצורים חיים מקודד על ידי מולקולות הדנ”א. מלקולות הדנ”א הן שרשראות ארוכות המורכבות מארבע אבני בניין (נוקלאוטידים המסומנים באותיות A,T,G ו-C). שרשרות אלו מכילות רצפי גנים הנקראים ORFs (open reading frames), אשר, על פי רוב, מתורגמים על ידי התא לחלבונים. בנוסף, הדנ”א מכיל רצפי אשר אינם מקודדים לגנים.

מאז השלמת פרוייקט הגנום האנושי, שפורסם לראשונה בשנת 2001, ואשר במסגרתו נקבע רצף הדנ”א של האדם קימות הערכות שונות לגבי מספר הגנים. זיהוי הגנים המקודדים לחלבונים לעומת איזורים אשר אינם מכילים גנים אינה מלאכה פשוטה. השיטה בה נוקטים חוקרים רבים על מנת לזהות גנים המקודדים לחלבונים היא על ידי מציאת רצפים בגנום אשר מכילים בתחילתם ובסופם אלמנטים המאפינים ORFs (כלומר רצפים המסמנים את תחילתו וסיומו של הגן, ונמצאים במרחק סביר זה מזה).

נכון להיום ההערכה היא כי ישנם כ- 24,500 גנים באדם. עם זאת, שאלות רבות לגבי נכונות המספר הזה עלו בעקבות פרסום רצפי גנום העכבר בשנת 2002. מבחינה אבולוציונית, כיוון שהגנים מקודדים לחלבונים, ובדרך כלל ממלאים תפקידים ביולוגיים חיוניים, הם אינם צפויים לעבור שינויים גדולים בין יונקים שונים. אך, באופן מפתיע, בהשוואה בין שני הגנומים עולה כי ישנם ORFs רבים מאוד אשר זוהו באדם ואינם מופיעים בעכבר, ולהפך. הבעיה היא שללא כלים מעשיים לזיהוי גנים “אמיתיים”, מאגרי המידע והקטלוגים הממוחשבים מכילים רצפי ORFs אשר אינם מקודדים לחלבונים, ולא ניתן לזהותם ולהסירם.

במחקר אשר בראשו עמדו פרופ' אריק לנדר (Eric Lander) ומיכאלה קלמפ (Michele Clamp), פותחה שיטה אשר מתבססת על עיקרון השימור של גנים במהלך האבולוציה. החוקרים קבעו כי גנים הם תקפים אם ישנם רצפים דומים גם ביונקים אחרים. לפיכך, החוקרים הישוו את ה- ORFs מאדם עם אלו מהגנום של עכבר ושל כלב. הם מצאו כי ישנם מעל 1100 ORFs “יתומים” אשר נראים כמו גנים אך אינם קיימים ביונקים אחרים.

לגבי ה- ORFs ה”יתומים”, הייחודים לאדם – ייתכן והם היו קיימים בחיות אחרות אך התנוונו בהן במהלך האבולוציה, או לחילופין, הם גנים חדשים ש”הומצאו” בפרימטיים (כלומר באדם ובקופים). בכל מקרה, החוקרים ציפו כי במידה ואכן הם גנים המקודדים לחלבונים הם יופיעו גם בקופים. על מנת לבחון אפשרות זו, החוקרים ערכו השוואה בין הגנום האנושי לזה של השימפנזה והמקוק. הם מצאו כי רובם הגדול לא היה דומה לגנים בקופים, ומדובר ככל הנראה ברצפים אקראיים שאינם מקודדים לחלבונים.

גם כאשר חיפשו בסיפרות המקצועית רמזים לקיומם של חלבונים המקודדים על ידי ה- ORFs ה”יתומים”, הם כמעט ולא מצאו עדויות התומכות בקיומם. מכאן, שרובם המוחלט של ה- ORFs אשר אין להם מקבילה במינים אחרים אינם מייצגים גנים. לכן, במידה ונמצא גן אשר אינו שמור מבחינה אבולציונית יש לאסוף עדויות ניסיוניות ממשיות לפני שניתן להתייחס אליו כאל רצף מקודד ולצרפו למאגרי המידע כ- ORF.

על פי שיטה זו של השוואה בין גנומים, ניתן ליצור קטלוג חדש של גנים המקודדים לחלבונים בבעלי חיים שונים, ובמקביל ליצור קטלוגים המכילים את הרצפים אשר אין להם תוצר חלבוני ולנסות לעמוד על תפקידם וחשיבותם.

על פי קלמפ, יש מעט מאוד חדשנות בכל מה שנוגע לשונות הגנטית בין יונקים. לדבריה, המספר, המבנה והתפקוד של הגנים המקודדים לחלבונים לא צפוי להשתנות באופן קיצוני בין יונקים שונים. מחקר זה מעלה שאלה מהותית לגבי מהם המרכיבים בגנום המגדירים אותנו כאנשים ומבדילים ביננו ובין העכבר, הכלב ויונקים אחרים.