לערוך את הפטרייה

כלי חדש ורב עוצמה לעריכת דנ"א סוחף את מדע החקלאות, והוא יכול להפוך על פיו את הדיון על הנדסה גנטית

גידול פטריות פורטבלו (Agaricus bisporus). מקור: Alison Harrington/flickr.
גידול פטריות פורטבלו (Agaricus bisporus). מקור: Alison Harrington/flickr.

בקיצור

  • הכלי לעריכת גֶנים הקרוי קְריספר מאפשר למדענים לשנות את הגנום של אורגניזם כלשהו ברמת דיוק חסרת תקדים.
  • קְריספר עשוי להניח יכולות רבות עוצמה לשינויים גנטיים בידי חברות חקלאיות קטנות, במקום בידי תאגידים גדולים, משום שהשיטה קלה וזולה לשימוש.
  • תומכים אומרים שהשיטה פחות מזיקה מבחינה ביולוגית מאשר שיטות מסורתיות להשבחת צמחים שמצויות בשימוש אלפי שנים. רגולטורים נוטים להסכים.
  • קְריספר עשוי לחולל מהפך בדיון על מזון מהונדס בהנדסה גנטית, או לחלופין להיחשב ל"פרקנשטיין" החדש של עולם המזון.

למאה האיכרים שגדשו את אולם האירועים של מלון מנדנהול במחוז צ'סטר שבפנסילבניה, אולי לא היה רקע בעריכת גֶנים, אבל הם הבינו בפטריות. מגדלים מקומיים אלו מייצרים כמות מדהימה של כחצי מיליון קילו פטריות מדי יום, וזוהי אחת הסיבות שבזכותן פנסילבניה שולטת בשוק האמריקני ששוויו השנתי הוא 1.2 מיליארד דולר. ואולם, חלק מן הפטריות שהם מייצרים משחימות ונרקבות על המדפים. אם אחזתם פעם בידכם פטרייה מרקיבה, חלקלקה, לבנה־לשעבר, אתם מבינים מדוע איש לא יקנה אותה. פטריות הן רגישות כל כך לפגיעות פיזיות עד שאפילו קטיף ואריזה זהירים יכולים להפעיל אנזים שמזרז את תהליך הריקבון שלהן.

בבוקר ערפילי בסתיו 2015, בהשתלמות על פטריות, עלה לבמה ביולוג ושמו יינונג יאנג ודיווח על פתרון אפשרי לבעיית ההשחמה. יאנג, פרופסור עליז ומנומס לפתולוגיה של צמחים באוניברסיטת פנסילבניה, אינו מומחה בתחום. ("הדבר היחיד שאני יודע על פטריות זה איך לאכול אותן," הוא אומר.) אבל הוא ערך את הגנום של Agaricus bisporus, פטריית המאכל הפופולרית ביותר בעולם המערבי, בעזרת כלי עריכה חדש הקרוי קְריספר (CRISPR).

יש להניח שחקלאי הפטריות בקהל מעולם לא שמעו על קְריספר, אבל הם הבינו את חשיבותו כשיאנג הראה תמונה של השחקנית קמרון דיאז מעניקה לממציאות, ג'ניפר דודְנָה ועמנואל שרפנטיה, את פרס "פריצת הדרך" בנובמבר 2014, שלווה בהמחאה על סך שלושה מיליון דולר לכל אחת. והם הבינו את ההשלכות המסחריות העצומות כשיאנג הראה להם תמונות של פטריות חומות ומרקיבות אל מול פטריות א. ביספורוס צחות כשלג שעברו הנדסה גנטית בעזרת קְריספר. זהו אותו זן פטריות רב־תכליתי שאחראי ליותר מ-400,000 קילוגרם מדי שנה בשנה של פטריות כפתור לבנות: קרמיני ופורטבלו. (אוניברסיטת פנסילבניה גם היא הבינה את ההשלכות המסחריות. יום לפני הרצאתו של יאנג, האוניברסיטה הגישה בקשת פטנט על מחקר בפטריות.)

בזמן הקצר של שלוש השנים שבהן נטווה הסיפור המדעי של קְריספר, כבר נולדו בו יותר עלילות משנה מרתקות מאשר ברומן של דיקנס. זהו כלי מחקר מהפכני בעל השלכות רפואיות דרמטיות, בעיות אתיות סבוכות, מריבה מביכה בנושא פטנטים, ויותר מכול, השלכות מסחריות בשווי מיליארדי דולרים בתחומי הרפואה והחקלאות. השיטה סחפה את הקהילה המדעית כמו סופת טורנדו. מעבדות אקדמיות וחברות ביוטכנולוגיה מנסות לפתח טיפולים חדשניים למחלות כמו אנמיה חרמשית וביתא-תלסמיה. ויש אפילו שמועות על אומנים ויזמי ביוטכנולוגיה חובבים שמכינים הכול, החל בארנבים בעלי פרווה סגולה וכלה בצעצועים חיים ונושמים שנוצרו בהנדסה גנטית, כמו החזירים הממוזערים שהוכנו לאחרונה בסין כחיות מחמד. האפשרות להשתמש בשיטת קְריספר כדי לתקן עוברי אדם או לערוך את הדנ"א שלנו בצורה קבועה (תהליך המכונה שינוי תאי נֶבֶט אנושיים) עורר דיונים סוערים על "שיפור" המין האנושי וקריאה להשעיה גלובלית של המחקר בכיוון הזה.

אבל ההשפעה העמוקה ביותר של מהפכת קְריספר והמתוקשרת פחות, היא בחקלאות דווקא. עד סתיו 2015, פורסמו כ-50 מאמרים מדעיים על השימוש בקְריספר כדי לערוך גֶנים בצמחים, ויש שפע סימנים לכך שמשרד החקלאות האמריקני, אחד הגורמים שמנטר מוצרים חקלאיים מהונדסים גנטית, אינו סבור שהגידולים שעברו עריכת גֶנים צריכים לקבל אותה תשומת לב רגולטורית כמו אורגניזמים שעברו הנדסה גנטית "מסורתית" (GMOs). החריץ שנפתח בדלת החקיקה גורם לחברות להזדרז ולהחדיר גידולים שעברו עריכת גֶנים אל השדות, ובסופו של דבר אל שרשרת אספקת המזון.

היכולת של קְריספר לשנות את הדנ"א טמונה בדיוק הבלתי רגיל של השיטה. באמצעות שימוש בקְריספר אפשר לבטל כל גֶן, או עם קצת יותר מאמץ, להוסיף כל תכונה רצויה באמצעות החדרת גֶן במקום מסוים בגנום. זה הופך את השיטה, לדברי המשתמשים בה, לצורה הכי פחות מפריעה מבחינה ביולוגית שהומצאה מעולם בידי בני אדם לפיתוח זני צמחים, ובכלל זה שיטות ההשבחה ה"טבעיות" שמשמשות את האנושות כבר אלפי שנים. היא גם מאפשרת למדענים להימנע במקרים רבים משיטות שנויות במחלוקת הכרוכות בהחדרת דנ"א ממינים אחרים אל תוך צמחים. זנים "טרנסגניים" אלו, כמו התירס והסויה של חברת מונסנטו העמידים לקוטל העשבים ראונדאפ, הכעיסו במיוחד את מבקרי ה-GMO, והובילו לאי אמון הציבור בשיטה. ואולם, חלק מן המדענים מביעים אופטימיות וסבורים שגידולי קְריספר שונים באופן מהותי ולכן הם ישנו את נימת הדיון לעומת מזונות GMO. "השיטה החדשה," אומר דניאל פ' ווֹייטאס, חוקר באקדמיה ובתעשייה, "גורמת לנו לחשוב מחדש על ההגדרה של יצורים ששונו מבחינה גנטית."

האם החלקאים והציבור יסכימו לגדל ולאכול פטריות שעברו עריכה גנטית?. תצלום: Mike Licht/flickr.
האם החלקאים והציבור יסכימו לגדל ולאכול פטריות שעברו עריכה גנטית?. תצלום: Mike Licht/flickr.

האם הצרכנים יסכימו? או שהם יחשבו שיבולי קְריספר הם פשוט הגרסה האחרונה של "מזון פרנקנשטיין" – עיוות גנטי של הטבע, שבו דנ"א זר (וידידותי לתעשיית החקלאות) מוחדר לצמחים, עם השלכות בריאותיות וסביבתיות בלתי צפויות? מכיוון ששיטת קְריספר מיושמת רק לאחרונה ביבולים אכילים, השאלה עדיין לא עלתה באופן ציבורי, אך זה יקרה בקרוב. חקלאים כמו מגדלי הפטריות של יאנג יהיו הראשונים להביע את דעתם, כנראה בשנה או בשנתיים הקרובות.

דקות ספורות לאחר הרצאתו של יאנג, עימת אותו מדען מן התעשייה עם האתגר המרכזי ביבולי קְריספר. החוקר הסכים עם יאנג שהפטריות המשופרות הן תוצאה של התערבות מזערית בדנ"א באופן יחסי ל-GMO רגילים. "אבל," אמר המדען, "זו בכל זאת הנדסה גנטית, ויש אנשים שיחשבו שאנחנו ממלאים את תפקיד האלוהים. איך מתגברים על זה?" האופן שבו יאנג ומדענים אחרים המיישמים את שיטות עריכת הגֶנים האלו למזון יוכלו לענות על השאלה, יקבע אם קְריספר הוא כלי בעל פוטנציאל לשינוי או כזה שייכשל אל מול התנגדות הציבור.

"וואו, זהו זה!"

הסימן המסגיר כל שיטה מהפכנית הוא המהירות שבה חוקרים מיישמים אותה למחקרים שלהם עצמם. על פי אמת מידה זו, קְריספר מדורגת בין התוספות החשובות ביותר לארגז הכלים הביולוגי בחצי המאה האחרונה. הפטריות שעברו עריכה גנטית מדגימות את הדבר.

יינונג יאנג, שפירוש שמו הפרטי בסינית הוא "עוסק גם בחקלאות", לא עבד עם פטריות לפני 2013, אבל אפשר לומר שהוא נועד למטלה. הוא נולד בהואנגיאן, עיר דרומית לשנחאי הידועה כבירת פירות ההדר של סין, והתנסה בעבודה עם אנזימים פרימיטיביים לעריכת גֶנים באמצע שנות ה-90 כדוקטורנט באוניברסיטת פלורידה ולאחר מכן באוניברסיטת ארקנסו. הוא זוכר בבירור כיצד פתח את גיליון ה-17 באוגוסט, 2012, של כתב העת סַיינס, שהכיל מאמר שהציג את העבודה שנעשתה במעבדה של דודנה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי ובמעבדה של שרפנטייה, ותיאר את הפוטנציאל של שיטת קְריספר לעריכת גֶנים. "וואו," הוא חשב. "זהו זה!" בתוך ימים ספורים הוא ערך תכניות לשפר את התכונות של אורז ותפוחי אדמה בעזרת עריכת גֶנים. מעבדתו פרסמה את מאמר הקְריספר הראשון שלה בקיץ של 2013.

הוא לא היה היחיד. חוקרי צמחים מצאו עניין רב בקְריספר מן הרגע שהשיטה פורסמה. מדענים סינים, שאימצו את השיטה במהירות, הדהימו את הקהילה החקלאית ב-2014 כשהראו כיצד אפשר להשתמש בקְריספר כדי לפתח חיטת לחם עמידה למזיק ותיק, הקימחון.

ואולם, מהפכת עריכת הגֶנים החלה לפני הופעת קְריספר. לאנשים כמו ווֹייטאס, קְריספר הוא רק הפרק האחרון בסאגה מדעית ארוכה בהרבה שמתחילה להניב פירות רק עכשיו. הוא ניסה לראשונה לערוך גֶנים בצמחים לפני 15 שנה, בעודו באוניברסיטת אייווה, בעזרת טכנולוגיה המכונה אצבעות אבץ. החברה הראשונה שלו לעריכת גֶנים כשלה בגלל בעיות פטנטים. ב-2008 הוא עבר לאוניברסיטת מינסוטה וב-2010 רשם פטנט, בעזרת עמית שהיה בעבר באוניברסיטת אייווה ועובד כעת באוניברסיטת קורנל, על מערכת לעריכת גֶנים בצמחים המבוססת עלTALENs, כלי נוסף לעריכת גֶנים. באותה שנה, ווֹייטאס ועמיתיו ייסדו חברה הקרויה כיום Calyxt. בלי יחסי הציבור של קְריספר, חוקרי צמחים השתמשו ב-TALENs כדי לייצר צמחים שעברו עריכת גֶנים ושמגדלים כבר בשדות בצפון ובדרום אמריקה. קליקסט, למשל, פיתחה שני זנים של סויה שמייצרים שמן בריא יותר, עם רמות של שומנים חד־בלתי־רוויים הדומות לאלו שבשמן זית או בשמן קנולה. החברה ערכה גם זן תפוחי אדמה כדי למנוע הצטברות של סוכרים מסוימים במהלך אחסון במקרר, כדי להפחית את הטעם המר הנלווה לאחסון, וכן את כמות האקרילאמיד, החשוד כמסרטן, שנוצר כשמטגנים תפוחי אדמה.

מכיוון שעריכת גֶנים אינה כרוכה בהחדרה של גֶנים זרים כלשהם, שירותי הפיקוח על בעלי חיים וצמחים (APHIS) במשרד החקלאות האמריקני החליט ב-2015 שיְבולים אלו אינם צריכים לעבור בקרה כמו GMOs. "משרד החקלאות האמריקני אישר לגדל זן תפוחי אדמה ושני זני סויה, ולכן תפוח האדמה הזה ואחד מזני הסויה כבר מצויים בשדות השנה," אמר לי ווֹייטאס באוקטובר 2015. "הם למעשה מתייחסים אליהם כמו אל צמחים רגילים, כאילו הם נוצרו באמצעות מוטציה כימית או קרני גאמה או שיטה כלשהי אחרת שאינה דורשת בקרה באמצעות חקיקה. העובדה שקיבלנו אישור רגולטורי ואנחנו יכולים לעבור כמעט מיד מן החממה לשדה היא יתרון גדול. זה מאפשר לנו להאיץ במידה ניכרת את פיתוח המוצר."

גם חוקרי בעלי חיים קפצו על עגלת עריכת הגֶנים. חוקרים בחברת הביוטכנולוגיה הקטנה Recombinetics, במינסוטה, חסמו באופן גנטי את האות הביולוגי ששולט על צמיחת קרניים בפרות הולשטיין, העומדות בבסיס תעשיית החלב. הם עשו זאת באמצעות שימוש בעריכת גֶנים כדי להעתיק מוטציה שמתרחשת באופן טבעי בגזע הבקר חסר הקרניים מסוג אנגוס. מדענים בתעשיית החקלאות משבחים יישום זה של עריכת גֶנים כפתרון אנושי יותר, משום שהוא מייתר את הצורך לבצע בפרים מסוג הולשטיין הליך אכזרי שבו החוואים עוקרים באופן פיזי את ניצני הקרניים ואז צורבים את המקום (ההליך נעשה כדי להגן על החוואים ועל הפרות מפני פציעות). סקוט פָרנקרוג, מנכ"ל החברה, אומר שהפיתוח אינו כרוך בטרנסגֶנים (גֶנים זרים), אלא רק בהחדרת כמה אותיות דנ"א "שמתאימות למזון שאנחנו כבר אוכלים." בינתיים, חברו מדענים קוריאנים וסינים כדי לייצר חזיר עם הרבה יותר מסת שריר, באמצעות שימוש בעריכת גֶנים כדי לבטל את הפעילות של גֶן הקרוי מיוסטטין.

המהירות, הקלות והחסכנות של קְריספר הן הסיבות לכך שלשיטה יש עדיפות על פני TALENs. "ללא ספק," אומר ווֹייטאס, בעתיד קְריספר "תהיה כלי הבחירה לעריכת צמחים." אבל העמימות מבחינת הפטנטים הקשורים לשיטה עשויה להאט פיתוחים חקלאיים מסחריים. המחלוקת הנובעת מכך ששני מוסדות, אוניברסיטת קליפורניה ומכון ברוד (המנוהל במשותף על ידי המכון הטכנולוגי במסצ'וסטס ואוניברסיטת הרווארד), טוענים שהם היו אלה שהמציאו את קְריספר, דופונט יצרה לאחרונה "שותפות אסטרטגית" עם Caribou Biosciences, חברה ביוטכנולוגית הקשורה לאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, כדי להשתמש ביישומי קְריספר בחקלאות, אבל מנהלים בשתי חברות ביוטכנולוגיות קטנות אמרו לסיינטיפיק אמריקן שהם חוששים לפתח מוצרים הקשורים לקְריספר בזמן שהסכסוך על הפטנט נותר בעינו.

אבל אי הבהירות בעניין הפטנט אינה מעסיקה מעבדות אוניברסיטאיות. סיפור הפטרייה קיבל תפנית מכריעה באוקטובר 2013, כשדייוויד קרול, בוגר אוניברסיטת פן סטייט, קפץ לביקור במעבדתו של יאנג. קרול, שבמקרה היה נשיא חברת הפטריות ג'ורג'יו, תהה אם השיטות החדשות לעריכת גֶנים יוכלו לשמש לשיפור פטריות. מעודד מכוחה של קְריספר לייצר מוטציות מדויקות במיוחד, שאל יאנג: "איזה סוג תכונה אתה רוצה?" קרול הציע מניעת השחמה, ויאנג מיד הסכים לנסות.

יאנג ידע בדיוק באיזה גֶן להתמקד. ביולוגים זיהו בעבר משפחה של שישה גֶנים, שכל אחד מהם מקודד אנזים שגורם להשחמה (אותה קבוצת גֶנים גורמת להשחמה גם בתפוחים ובתפוחי אדמה, ובשניהם הגֶנים שונו באמצעות עריכת גֶנים). ארבעה מן הגֶנים המשחימים מייצרים את האנזים הזה בגוף הפרי של פטריות, ויאנג סבר שאם הוא ישתיק אחד מהם בעזרת מוטציה, הוא עשוי להאט את קצב ההשחמה.

הנוחות המדהימה של קְריספר נובעת מכך שקל לביולוגים להתאים את הכלי המולקולרי שמייצר מוטציות כאלה. כמו אולר שמשלב מצפן, מספריים ומלחציים, כלים אלו מצטיינים בשתי מטלות: התבייתות על רצף דנ"א ספציפי ביותר ואז חיתוכו (המלחציים, או הפיגום, מחזיקים את כל המבנה בַּמקום במהלך החיתוך). ההתבייתות נובעת מפיסה קטנה של חומצת גרעין הקרויה רנ"א־מדריך, שמתוכנן להיות תמונת ראי של רצף הדנ"א באתר היעד ולהיצמד אליו בעזרת כוחות המשיכה הייחודיים והספציפיים של זוגות דנ"א, שגילו ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק (A נקשר רק ל-T ו-C נקשר רק ל-G). אם מכינים פיסת רנ"א־מדריך באורך 20 אותיות, היא תמצא את רצף תמונת המראה שלה בדנ"א, בדיוק של GPS, בתוך המחרוזת הארוכה של 30 מיליון אותיות בגנום פטריית האגריקוס. החיתוך מסתיים באמצעות אנזים הקרויקאס9, שבודד במקור מתרביות של חיידקי יוגורט. האנזים נישא אל הדנ"א על גבי הרנ"א המדריך. (המונח המלא המקובל לשיטה, קְריספר/קאס9, נעשה מוטעה כעת. ראשי התיבות CRISPR מתייחסות למקטעי דנ"א המצויים רק בחיידקים, והם שימשו בגילוי השיטה. כיום, חלבון קאס9, הנושא רצף רנ"א שמכוון אותו למטרה, הוא שעורך דנ"א של צמחים, פטריות ובני אדם, אף שרצפי קְריספר אינם מעורבים כלל.)

מרגע שעורכי הגֶנים חותכים את הדנ"א בנקודה הרצויה, הם מאפשרים לטבע לבצע את המלאכה המלוכלכת של יצירת מוטציות. בכל פעם שהסליל הכפול של הדנ"א נחתך, התא מבחין בפצע ומתקן אותו. אבל תהליך התיקון אינו מושלם, וזה מה שעושה את שיטת קְריספר ליעילה כל כך ביצירת מוטציות. בתהליך התיקון, כמה אותיות דנ"א לרוב נושרות. מכיוון שמנגנון יצירת החלבונים בתא קורא את הדנ"א ב"מילים" בעלות שלוש אותיות, החסרת כמה אותיות משנה את הטקסט כולו ולמעשה משתקת את הגֶן ביצירת מה שמכונה הזזה של מסגרת הקריאה. זה בדיוק מה שקרה בפטריות שעברו עריכת גֶנים. במחקרו של יאנג, החסרה של מספר קטן של אותיות דנ"א שיתקה את אחד האנזימים שמעודדים השחמה, ויאנג ועמיתיו אישרו את קיום המוטציה בבדיקת הדנ"א. העריכה הסתיימה. לדברי יאנג, כל ביולוג מולקולרי מיומן יכול לבנות בשלושה ימים כלי ליצירת מוטציה רצויה כדי לערוך כל גֶן בכל יצור.

תחושה זו עולה גם מן המנטרה שמדענים מרבים לצטט לגבי קְריספר: זוהי שיטה מהירה, זולה וקלה. נדרשו כחודשיים של עבודת מעבדה כדי לייצר את הפטריות שאינן משחימות. מארשת פניו של יאנג עלה שהעבודה הייתה שגרתית, וקלה באופן מגוחך. וגם זולה להפליא. השלב הקשה ביותר, הכנת הרנ"א המדריך והתבנית שלו, עלה כמה מאות דולרים. כמה חברות ביוטכנולוגיות קטנות מכינות כעת מבני קְריספר בהזמנה כדי לערוך כל גֶן שתחפצו בו. העלות הגבוהה ביותר היא כוח האדם. שיאנגלינג שן, פוסט-דוקטורנט במעבדתו של יאנג, עבד על הפרויקט במשרה חלקית. "אם לא מביאים בחשבון את כוח האדם, זה ודאי עלה פחות מ-10,000 דולר," אומר יאנג. בעולם הביוטכנולוגיה החקלאית, זה כסף קטן.

אבל החיסכון הגדול שישנה את חוקי המשחק עשוי להיות בתחום האישורים החוקיים. באוקטובר 2015, העביר יאנג הרצאה בלתי רשמית על מחקר הפטרייה לרגולטורים הפדרליים בשירותי הפיקוח על בעלי חיים וצמחים במשרד החקלאות האמריקני, שמחליטים אם יבולים מהונדסים בהנדסה גנטית צריכים להימצא בפיקוח ממשלתי (כלומר אם הם נחשבים GMO). הוא יצא מן הפגישה בתחושה חזקה שהרגולטורים של משרד החקלאות אינם סבורים שפטריות הקְריספר יזדקקו להליך רגולטורי מיוחד או ממושך. אם אכן כך הדבר, זה עשוי להיות החיסכון החשוב ביותר של קְריספר: ווֹייטאס מעריך שתהליך האישור הרגולטורי יכול לעלות עד 35 מיליון דולר ולהימשך עד חמש שנים וחצי.

יתרון נוסף של הפטרייה כהוכחת ההיתכנות של קְריספר בחקלאות הוא המהירות שהפטריות גדלות. מנבג ועד לפטרייה בשלה נדרשים כחמישה שבועות, ואפשר לגדל פטריות כל השנה במתקנים חסרי חלונות עם בקרת מזג אוויר. לעומת זאת, נדרשו חודשים כדי לבחון בשדה את הסויה ואת תפוחי האדמה המהונדסים גנטית של קליקסט, וזאת הסיבה לכך שהחברה ביקשה וקיבלה, אישור לגדל את פולי הסויה בארגנטינה בחורף של 2014-2015. "קופצים הלוך ושוב משני צִדי קו המשווה," אומר ווֹייטאס, "כדי שיהיה אפשר לזרוע כמה פעמים בשנה." קליקסט קצרה את היבולים המהונדסים בהנדסה גנטית הראשונים שלה בצפון אמריקה באוקטובר 2015.

אחד החששות ארוכי הטווח לגבי הנדסה גנטית הוא התוצאות הבלתי צפויות שהיא עלולה לגרום. בְּעולם המזון הביוטכנולוגי, פירוש הדבר רעלנים או אלרגנים בלתי צפויים, שיהפכו את המזון לבלתי בריא (חשש שמעולם לא הוכח במזון GMO) או יבול מהונדס שייצא פתאום משליטה ויחריב את האקולוגיה המקומית. קְריספר גורם אפילו לאנשים כמו ג'ון פצ'יה לחשוב על השלכות כלכליות בלתי צפויות. פצ'יה, אחד משני פרופסורים המתמחים בפטריות באוניברסיטת פן סטייט, מבלה זמן רב בבניין לבנים נמוך בפאתי הקמפוס, שבו מצוי המרכז היחיד בארה"ב למחקר אקדמי של פטריות. באביב של 2015, לקח פצ'יה חלק מתרבית הפטריות של יאנג וגידל את היבול הראשון של פטריות שעברו עריכה גנטית. בעודו עומד מחוץ לחדר שבו מתבשלת תערובת מהבילה ומבאישה של דשן פטריות בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס, הוא אומר שפטרייה בעלת חיי מדף ארוכים יותר עשויה לגרום לביקוש נמוך יותר מצד החנויות וגם תאפשר תחרות בלתי צפויה. "יהיה אפשר לפתוח את הגבולות לייבוא פטריות זרות," הוא מוסיף, "כך שמדובר בחרב פיפיות."

במסלול המתיש של מזון מהונדס גנטית אל השוק, הנה עוד סיבה להרהור. איש אינו יודע מה טעמה של הפטרייה הערוכה גנטית. הן אודו והורתחו, אך לא לצורכי מאכל. כל פטרייה שנוצרה עד כה הושמדה אחרי שיאנג ביצע את בדיקת ההשחמה. מרגע שהושגה הוכחת ההיתכנות, אומר פצ'יה, "אנחנו פשוט מאדים אותן לאבדון."

שינויים ללא טרנסגֶנים

האם הציבור יאדה, יקפיץ או יקבל בכל צורה מזון ערוך מבחינה גנטית למטבח ומשם לצלחת? זו עשויה להיות השאלה המרכזית בפרק המרתק ביותר של סיפור המזון וקְריספר, שחופף לצומת מכריע בוויכוח בן 30 השנה על מזון מהונדס בהנדסה גנטית.

כשיאנג תיאר את פרויקט הפטריות שלו לחקלאים בפנסילבניה, ולפקידים במשרד החקלאות באוקטובר 2015, הוא השתמש במשפט מפתח כדי לתאר את התהליך: "שינוי גנטי ללא טרנסגֶנים." זהו ניסיון מתוכנן מראש להבחין בין השיטות החדשות והמדויקות לעריכת גֶנים כמו קְריספר, ובין ביוטכנולוגיה חקלאית ותיקה יותר שבה מקטעי דנ"א זר (טרנסגניים) הוחדרו לצמחים. ליאנג ולרבים אחרים, הניסוח העדין חשוב כדי לשכתב את הדיון לגבי GMO. ואמנם, ראשי התיבות GEO (בעבור אורגניזמים שעברו עריכת גֶנים), החלו לצוץ כחלופה ל-GMO או ל-GM.

טכנולוגיות חדשות כמו קְריספר מאלצות כמה ממשלות לשקול מחדש את ההגדרה של אורגניזם מהונדס גנטית.

המיתוג מחדש אינו רק סמנטי, אלא גם פילוסופי, והוא הולך ונחשף עקב השינויים שממשל אובמה עורך באופן שבו הממשלה מעריכה יבולים ומזון מהונדסים בהנדסה גנטית. תהליך בקרה זה, שלא עודכן מאז 1992, מגדיר את תפקידי משרד החקלאות, מנהל המזון והתרופות והסוכנות להגנת הסביבה האמריקנים. העוצמה של קְריספר מגבירה את הדחיפות בחשיבה הרגולטורית המחודשת, ומדענים מנצלים את ההזדמנות כדי לשאול שוב שאלה ישנה מאוד: מה בדיוק הפירוש של "מהונדס גנטית"? ווֹייטאס, שרשימת הפרסומים והפטנטים שלו על מזון שעבר עריכה גנטית עושה אותו לכעין עורך ראשי של חברות קטנות המתמחות בביוטכנולוגיה חקלאית בארה"ב, ענה תוך כדי צחקוק קודר: "המונח GM בהחלט בעייתי."

מה בעייתי בו כל כך? רוב המבקרים של מזון ביוטכנולוגי טוענים שכל צורה של שינוי גנטי כשמה כן היא, שינוי גנטי, הנושא בחובו את האפשרות למוטציות לא מתוכננות או לשינויים שיכולים לסכן את בריאות הציבור או הסביבה. מדענים כמו ווֹייטאס ויאנג עונים שכל צורות השבחת הצמחים, שהחלו כבר ביצירת חיטת הלחם בידי חקלאים נאוליתיים לפני 3,000 שנה, כרוכות בשינויים גנטיים ושגם לשיטות השבחה מסורתיות יש השפעה ביולוגית. הן יוצרות, כפי שמנסח זאת יאנג, הפרעות גנטיות "עצומות". (נינה פדרוף, ביולוגית של צמחים והנשיאה לשעבר של האיגוד האמריקני לקידום המדע, התייחסה לגרסאות המבויתות של חיטת הלחם, שנוצרו על ידי הכלאות מסורתיות, כאל "תפלצות גנטיות.")

לפני עידן הדנ"א הרקומביננטי בשנות ה-70 של המאה העשרים, שאִפשר את יצירת הדור הראשון של ביוטכנולוגיה חקלאית, מפתחים של זני צמחים השתמשו לרוב בשיטות אגרסיביות (קרני X, קרני גאמא או כימיקלים רבי עוצמה) כדי לשנות את הדנ"א של צמחים. על אף הגישה הבלתי מתוחכמת, חלק מן המוטציות האקראיות האלה, מעשה ידי אדם, שינו גֶנים באופן שהוליך לתכונות חקלאיות רצויות, כמו יבול רב יותר, פרי מעוצב יותר או יכולת לגדול בתנאים קשים כגון בצורת. מוטציות מועילות אלו שולבו עם תכונות רצויות בזנים אחרים, אבל רק באמצעות הכלאות, כלומר זיווג של צמחים. סוג זה של הכלאות צולבות אורך זמן רב (לרוב חמש עד עשר שנים), אבל לפחות הוא "טבעי".

אבל הוא גם מזיק מאוד. בכל פעם שדנ"א משני פרטים שונים בא במגע במהלך רבייה, בין בבני אדם ובין בצמחים, הדנ"א מתערבב בתהליך המכונה סידור מחדש של הכרומוזומים. כשמשביחי צמחים מתמקדים בתכונה רצויה, מוטציות ספונטניות יכולות לקרות בכל דור, ומיליוני זוגות בסיסי דנ"א יכולים לעבור מפרט אחד למשנהו. זה אכן תהליך טבעי, אבל זה גם "אי סדר אחד גדול," לדברי ווֹייטאס. "בתהליך הזה, לא מזיזים רק גֶן אחד," הוא אומר. "לעתים קרובות מזיזים חתיכה גדולה למדי של דנ"א מזן הבר." יותר מזה, במהלך תהליך ההשבחה התכונה הרצויה גוררת עִמה לעתים קרובות תכונה לא רצויה על אותה חתיכת דנ"א. "גרירה בתאחיזה" זו יכולה אפילו להזיק לצמח שעבר השבחה טבעית. על סמך כמה ממצאים עדכניים לגבי הגנטיקה של צמחי אורז, מקצת הביולוגים משערים שתהליך הביות הכניס בטעות מוטציות מזיקות "חרישיות" נוסף על התכונות המועילות הברורות לעין.

אף שקְריספר מדויק יותר מהשבחה מסורתית, השיטה אינה חסינה בפני טעויות. כלי החיתוך המדויק חותך לעתים באזורים שלא תוכננו מראש, ושכיחות החיתוך "שלא במטרה" הזה העלה חששות בטיחות (והוא גם הסיבה העיקרית לכך שעריכת גֶנים בביציות ובתאי זרע אנושיים נחשבת עדיין לא בטוחה ולא אתית). ג'ניפר קוזמה, מנתחת מדיניות באוניברסיטת צפון קרוליינה, שעקבה אחרי המדע והפוליטיקה של חקלאות GMO מרגע שנוצרה, אומרת: "לדיוק הזה יש יתרונות, אבל הוא אינו בהכרח כרוך בהפחתת הסיכון," חיתוך במקום הלא נכון "עשוי לסלול מסלול חדש לסכנות." פנג ז'אנג ממכון ברוד (בעליו של הפטנט המצוי כעת במחלוקת) פרסם כמה שכלולים במערכת קְריספר שמשפרים את הספציפיות ומפחיתים את החיתוך במקומות לא נכונים.

קלות השימוש והחיסכון של קְריספר אפשרו גם למעבדות אקדמיות ולחברות ביוטכנולוגיות קטנות לחזור למשחק שנוהל עד כה בידי עסקי חקלאות גדולים. רק חברות בעלות כיסים עמוקים יכלו להרשות לעצמן בתחילה לעמוד באתגר היקר של הוצאת אישורים, והיום כמעט כל שינוי ביבולים שנוצר באמצעות הנדסה גנטית נעשה כדי להגביר את הכלכליות של ייצור מזון בעבור החקלאים או החברות, ואחת היא אם מדובר בהגברת התנובה של יבולי שדה עמידים לקוטלי עשבים של מונסנטו או בעמידות להובלה של העגבניות המהונדסות חסרות המזל של חברת קלג'ין. שינויים אלו בצמחי יבול היו מפתים לחברות החקלאיות יותר מאשר לצרכנים, והם לא התרכזו באיכות המזון. כפי שהסבירה לאחרונה קבוצה של מומחים במדיניות חקלאית באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס, "לתאגידים הבין־לאומיים ששלטו בתחום במרוצת העשור וחצי האחרונים אין עבר מזהיר במונחים של חדשנות, מלבד תכונות שמקנות עמידות לקוטלי חרקים או קוטלי עשבים."

השחקנים החדשים מביאים סוג אחר של חדשנות לחקלאות. ווֹייטאס, לדוגמה, טוען שהדיוק של עריכת הגֶנים מאפשר לביוטכנולוגים להתמקד בצרכנים באמצעות יצירת מזון בריא ובטוח יותר. ווֹייטאס ועמיתתו קאיסיה גאו מן האקדמיה הסינית למדעים מציינים שבצמחים יש חומרים רבים "אנטי־מזינים": חומרים מזיקים שנועדו להגנה עצמית או רעלים ממש שאפשר להוציאם באמצעות עריכת גֶנים כדי לשפר תכונות של תזונה וטעם. תפוח האדמה הערוך גנטית של קליקסט, למשל, מפחית את תכונת הטעם המריר שקשורה באחסון בקור של התפודים.

אבל ווֹייטאס אינו עוצר שם. הוא סבור שפולי הסויה של קליקסט יימכרו לחקלאים כמזון שאינו GMO משום שבניגוד ל-90% מפולי הסויה הגדלים בארה"ב, הזנים הערוכים עריכה גנטית אינם מכילים טרנסגֶנים. "הרבה אנשים אינם רוצים מוצרי GM," הוא אומר. "בעזרת המוצר שלנו נוכל אולי להכין שמן סויה וסובין סויה שאינם GM."

כמו כל טכנולוגיה חדשה ורבת עוצמה, קְריספר מעורר השראה בקרב כמה בעלי חזון חקלאי שמדמיינים תרחישים עתידיים כמעט מתחום המדע הבדיוני – תרחישים שכבר מוצאים את דרכם אל הספרות המדעית. מיכאל פלמגרן, ביולוג של צמחים מאוניברסיטת קופנהגן, סבור שמדענים יכולים להשתמש בשיטות החדשות לעריכת גֶנים כדי להחזיר צמחים למצב הבר שלהם, כלומר להחיות מחדש תכונות שאבדו במרוצת דורות של השבחה חקלאית. כמה יבולי מזון חשובים מבחינה כלכלית, בעיקר אורז, חיטה, תפוזים ובננות, רגישים במיוחד למזיקים. שחזור גֶנים אבודים עשוי להגביר את העמידות למחלות. המטרה, כפי שציינו לאחרונה פלמגרן ועמיתיו הדנים, היא "תיקון התוצאות הבלתי צפויות של השבחת צמחים."

ניסיונות לשחזר את מצב הבר כבר נערכים, אבל בשינוי קטן. במקום להחזיר תכונות בר אבודות לזנים מבויתים, ווֹייטאס אומר שמעבדתו באוניברסיטת מינסוטה מנסה לעשות מה שהוא מכנה "ביות מולקולרי": העברת גֶנים רצויים מבחינה חקלאית מזנים קיימים חזרה לזני בר עמידים יותר ובעלי יכולת הסתגלות גבוהה יותר, כמו צורות קדומות של תירס ותפוחי אדמה. "לרוב מדובר בקומץ שינויים קריטיים שהתרחשו – חמישה, שישה או שבעה גֶנים – שאִפשרו לזן עשבוני להפוך לרצוי, כמו שינויים בגודל הפרי או מספר קלחי התירס, דברים כאלה," אומר ווֹייטאס. במקום להצליב את זני הבר עם זנים מבויתים, תהליך הכלאה שאורך עשר שנים, הוא אומר, "אולי אפשר פשוט לטפל בגֶנים האלה ולביית את זני הבר."

יש סימנים ראשונים לכך שעריכת גֶנים, ובכללה קְריספר, עשויה ליהנות ממסלול אישורים מהיר יותר. עד כה, עושה רושם שהרגולטורים האמריקניים סבורים שלפחות חלק מן היבולים הערוכים עריכה גנטית שונים מיבולי GMO טרנסגניים. כשקליקסט פנתה לראשונה למשרד החקלאות האמריקני ושאלה אם תפוחי אדמה הערוכים בעריכה גנטית זקוקים לביקורת רגולטורית, נדרשה לפקידים פדרליים שנה שלמה כדי להחליט, ב-14 באוגוסט, שעריכת גֶנים אינה דורשת שיקולים מיוחדים. כשפנתה החברה שוב למשרד החקלאות בקיץ שעבר עם פולי הסויה הערוכים גנטית, נדרשו לפקידים הממשלתיים רק חודשיים כדי להגיע למסקנה דומה. בעיני חברות, הדבר מעיד על כך שהרשויות האמריקניות סבורות שהשיטות החדשות שונות באופן מהותי משיטות טרנסגניות. בעיני המבקרים, הדבר מעיד על פִרצה רגולטורית שהחברות מנצלות. הפטריות של יאנג עשויות להיות מזון הקְריספר הראשון שידונו בו במשרד החקלאות האמריקני.

וטכנולוגיות חדשות כמו קְריספר מכריחות מקצת הממשלות לשקול מחדש את ההגדרה של GMO. בנובמבר 2015, משרד החקלאות השוודי פסק שחלק מן המוטציות בצמחים שהושרו בשיטת קְריספר אינן עונות על ההגדרה של האיחוד האירופי ל-GMO, וארגנטינה גם היא הסיקה שחלק מן הצמחים הערוכים בעריכה גנטית אינם נכללים בתקנות ה-GMO. האיחוד האירופי, שהתנגד באופן היסטורי לצמחים שעברו שינויים גנטיים, שוקל מחדש את עמדתו לנוכח השיטות החדשות לעריכה גנטית, אבל הניתוח החוקי שלו, שהיה אמור להתפרסם לכל המוקדם בסוף מארס 2016 מתמהמה. אף שאין הרבה מן המשותף בין החוקרים והמתנגדים, ווֹייטאס ואחרים הציעו פשרה אחת אפשרית: עריכת גֶנים שגורמת למוטציה, או השתקת גֶן, תיחשב כמו צורות מסורתיות יותר של השבחת צמחים (כמו למשל השימוש בקרני X כדי לייצר מוטציות), ואילו עריכת גֶנים שמחדירה דנ"א חדש תעבור בקרה רגולטורית על בסיס כל מקרה לגופו.

יומם של יבולים ערוכים גנטית עשוי להיות קרוב למדי. ווֹייטאס מעריך שקליקסט תבצע "השקה מסחרית קטנה" של פולי הסויה שלה עד 2017 או 2018. "יידרש קצת זמן עד שיהיו די זרעים בשביל, נניח, שני מיליון דונם," הוא אומר. "אבל אנחנו מתקדמים בכל הכוח."

כיצד יגיב הציבור? קוזמה חוזה שאנשים שהתנגדו בעבר לשינויים גנטיים לא ישתו ממעין הקְריספר בזמן הקרוב. "הציבור שהתנגד לדור הראשון של מזון GMO אינו צפוי לאמץ אל חיקו את הדור השני של הנדסה גנטית, רק מפני שאנו משנים מעט דנ"א," היא אומרת. "הם יכרכו הכול יחד עם GMOs." קוזמה מודאגת יותר לגבי הצורך לשפץ את כל המבנה הרגולטורי ולכלול יותר קולות בתהליך הבקרה, בנקודת הזמן שבה עוד ועוד מזונות ערוכים מבחינה גנטית שמים פעמיהם אל עבר השוק.

ומה עם הפטריות? מעבר למחיאות הכפיים המנומסות בסוף ההרצאה של יינונג יאנג, התגובה של חקלאי הפטריות אינה ברורה. יאנג גם הוא הבין זאת כשאמר לחקלאים: "אם יהיה אפשר למסחר את זה, תלוי בכם." לעת עתה, הפטריות שאינן משחימות הן רק פרויקט מעבדה, הוכחת היתכנות. אם חקלאים אינם משוכנעים בערכן של הפטריות או חוששים שהצרכנים יירתעו מהן, הפטריות הערוכות עשויות לא לראות אור יום. זה בדרך כלל דבר טוב לפטריות, שגדלות בחושך, אבל סימן רע לטכנולוגיה פורצת הדרך הזאת.

טוב לדעת

שינויים גנטיים במגוון שמות

אנשים טיפחו יבולים אלפי שנים, וכל אותה העת הם ניסו לזהות ולשלב תכונות מועילות (למשל תנובה גדולה יותר או עמידות למחלות) בזני צמחים קיימים. ראשית הם השתמשו בהכלאות רגילות. בתחילת המאה ה-20, למדו מדענים לשנות במכוון את הדנ"א של צמחים קיימים בתקווה שתכונות רצויות יצוצו באקראי. כיום, שיטות חדשות "להשבחה מדויקת", כמו קְריספר, מאפשרות למדענים לערוך מוטציות בגֶנים ספציפיים או להכניס תכונות גנטיות חדשות ברמת דיוק חסרת תקדים. ואולם, כל השיטות האלה משנות את הדנ"א של הצמחים, אז מה בכל זאת נחשב לאורגניזם שעבר שינוי גנטי (GMO)?

מושגי מפתח

מוּטַגֶנֶזָה מאז שנות ה-20 של המאה ה-20 שינו חוקרי צמחים בכוונה את הדנ"א של זרעי צמחים בעזרת קרני X, קרני גאמא או כימיקלים. לאחר השינוי הגנטי גידלו את הצמחים כדי לראות אם הם רכשו תכונות מועילות. אם כן, הצמחים המוטנטים הוכלאו עם זנים קיימים. צמחים שהוכנו בדרך זו אינם נחשבים GMO במשרד החקלאות האמריקני.

השתקת גֶנים בעשור האחרון הצליחו מדענים להשתיק גֶנים שמקנים תכונות בלתי רצויות באמצעות החדרת רנ"א מיוחד לתאי הצמחים. רנ"א "מפריע" זה (הקרוי iRNA) מהונדס כדי להשתיק רצפי דנ"א ספציפיים העומדים בבסיס תכונה לא רצויה. מספר יבולי מזון, ובכללם תפוחי אדמה ותפוחים שאינם משחימים, נוצרו באופן זה. משרד החקלאות האמריקני איננו מכנה אותם GMO.

ציסגֶנֶזָה שיטה זו כרוכה בהחדרת גֶן ספציפי מצמח מזן דומה. ההעברה נעשית לרוב בעזרת חיידק מחולל מחלה, שמדביק צמחים, הקרוי Agrobacterium tumefaciens. החיידק יכול להחדיר את הגֶן למקומות אקראיים למחצה בדנ"א של הצמח. משרד החקלאות האמריקני בוחן צמחים ציסגנטיים על בסיס של כל מקרה לגופו כדי לקבוע את מעמדם הרגולטורי.

טְרַנסגֶנֶזָה שיטה זו כרוכה בהעברת דנ"א זר המקודד לתכונה הרצויה אל צמח מזן שונה לגמרי. כמו בציסגנזה, משתמשים בחיידק A. tumefaciens כדי להחדיר את הדנ"א הזר. דוגמאות ליבולים טרנסגניים כוללות תירס שהוחדר אליו גֶן המקנה עמידות לקוטל עשבים. 90% מכל צמחי הסויה הגדלים בארה"ב הם טרנסגניים. משרד החקלאות האמריקני רואה בצמחים טרנסגניים GMO.

על הכותבים

סטיבן ס' הול – כתב מדע זוכה פרסים. ספרו האחרון הוא "תבונה: מפילוסופיה לנוירוביולוגיה" הוצאת קנופף, 2010.

לקריאה נוספת

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

6 תגובות

  1. אדון ״לא ידוע״ – לא ! זו לא דרכו של הידען,
    עורך הידען מורשה להעתיק את המאמר מ ״סיינטיפיק אמריקן ישראל״ ,
    ושם (אצל ״סיינטיפיק אמריקן ישראל״ ) הבעיה הכפולה ,
    התרגום החסר מאנגלית
    והצורך האמריקאי להפוך כל מאמר ל״רומן זעיר״,

  2. מענין אבל שוב :
    השימוש השגוי במושגים זן , מין , גזע וסוג גורם לבילבול מיותר ,
    כך למשל כתוב ״בגזע הבקר חסר הקרניים מסוג אנגוס״ ? ? ?
    כתוב : ״השיטה פחות מזיקה מבחינה ביולוגית
    מאשר שיטות מסורתיות להשבחת צמחים
    שמצויות בשימוש אלפי שנים״ האמנם ?
    מה הנזק ב שיטות מסורתיות להשבחת צמחים
    שמצויות בשימוש אלפי שנים ?
    שוב , חבל ששילוב סיפורי מעשיות מיותרים
    ותרגום חסר מאריכים, מכבידים ומוסיפים לבילבול.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן