קבוצת סטודנטים מאוניברסיטת בן גוריון מפתחת פתרון שעוקף את בעיית המוטציות שעלולות להתרחש בחיידקים המבצעים פעולה הנדרשת עבורנו – למשל ניקוי מים מזוהמים – מנגנון השמדה עצמית בתלום הפעולה * את התקציב הנדרש לפיתוח הם מגייסים כעת בגיוס המונים (ראו הפניה בתחתית הכתבה)
ההתקדמות שחלה בתחום הביולוגיה הסינתטית בשנים האחרונות פותחת בפני החוקרים עולם חדש ומגוון של אפשרויות. היכולת לתכנת חיידקים ולייצר אותם באופן מלאכותי, כך שיעשו עבורנו מלאכות שונות – כגון ייצור תרופות או ויטמינים בתוך הגוף, הפיכת פסולת וזיהומים למקורות אנרגיה, טיהור נהרות ומקורות מים ועוד – היא בבחינת קפיצת דרך לאנושות כולה. החיידקים מהווים תחליף זמין וזול לחומרים הכימיים היקרים והמזהמים. אז למה הם עדיין נשארים במעבדות ולא ממלאים את חיינו ?
כל פריצת דרך טכנולוגית מלווה בפחד מהלא – נודע. במקרה שלנו, הפחד הוא מפני הכנסת כמות משמעותית של חיידקים לסביבה כלשהי. הסכנה הגדולה היא שהמאזן האקולוגי יופר. זאת משום שמפגש בין החיידקים המסותנזים לבין תנאי סביבה יחודיים, כמו טמפרטורה ולחות, עלולה לגרום למוטציה בחיידק. הדבר עלול להביא לחוסר איזון אקולוגי חמור, שהשלכותיו הרות אסון. נוצרה בעיה אמיתית, שמעכבת את התפתחות התחום כולו.
קבוצת סטודנטים מאוניברסיטת בן גוריון מפתחת פתרון שעוקף את הבעיה. במקום להתמודד עם חיזוי מורכב ומסובך של העתיד, פיתחו ב – iGEM-BGU שיטה לייצור מנגנון הרס עצמי אצל החיידק. כך, תוך זמן קצר מרגע ביצוע הפעולה הרצויה, ישמיד החיידק את עצמו. אי הודאות בשימוש בחיידקים תיעלם. הסכנה האקולוגית לא תהווה עוד מכשול. עולם חדש ושל אפשרויות יפתח בפני המין האנושי.
כיצד הם עושים זאת ?
לדברי אסף קזקוב, אחד מחברי הקבוצה, החוקרים פיתחו למעשה שתי שיטות מקבילות: P.A.S.E 1(programmable autonomous self elimination), המתבססת על מספר הדורות של החיידק, ו-P.A.S.E 2, המתבססת על זמן החיים של חומצה מסוימת. בשיטה הראשונה, מוכנסים לחיידק בו זמנית חלבונים רעילים והתרופה אליהם – חלבון מדכא, המכונה רפרסור. הרפרסור מוכנס בכמות מוגבלת, ולאחר מספר דורות מסוים לא נשאר לחיידק די מחלבון זה. אז מקבלים החלבונים הרעילים ביטוי והחיידק נמוג. השיטה השניה, p.a.s.e 2, מעט מורכבת יותר. תוך היעזרות במומחים בעלי שם עולמי להנדסת חלבונים, יצרו הסטודנטים חומצת אמינו סינטטית. חומצות אמינו הן למעשה “הדלק של החיידקים”. החיידקים הונדסו כך שהם חייבים את חומצת האמינו הזאת בכדי לשרוד. כעת, חישוב פשוט של זמן מחצית החיים של החלבון יניב את זמן החיים שנותר לחיידקים. הפיתוח המורכב דורש שילוב בין תחומי ידע שונים. על כן הנבחרת מבן גוריון הכוללת סטודנטים מהנדסת ביוטכנולוגיה, ביו אינפורמטיקה, מדעי המחשב וכימיה.”
iGEM היא תחרות בינלאומית יוקרתית, שמטרתה לקדם את החדשנות והיזמות בתחומי הביולוגיה הסינטטית וההנדסה הגנטית. התחרות, אשר נערכת על ידי אוניברסיטת MIT האמריקאית, נחשבת לאחת מהחשובות ביותר בזירה המדעית העולמית כיום. התחרות מיועדת לסטודנטים לתואר ראשון ומשתתפות בה מאות קבוצות מרחבי העולם. iGEM-BGU היא הקבוצה היחידה מישראל שמשתתפת בה השנה והיא תתחרה מול כל האוניברסיטאות המובילות בעולם.
שלב חצי הגמר ייערך באוקטובר הקרוב בליון שבצרפת ושלב הגמר ייערך ב-1 בנובמבר באוניברסיטתMIT בבוסטון, מסצ’וסטס. הקבוצה השיגה את מירב המימון לתחרות אולם לא את כולו. לשם השלמת הגיוס פתחה הקבוצה בקמפיין גיוס המונים באתר האדסטארט. בנוסף הפיקה הקבוצה סרטון אנימציה קצר ופשוט המסביר את הפרויקט גם לציבור הרחב, זה שאינו דובר את שפת הDNA והחומצות. תוכלו למצוא אותו כאן
http://www.youtube.com/watch?v=da4Rj3W3asI.
7 תגובות
רן,
אחלה שאתה מגיב בפורום ושיהיה בהצלחה!
קודם כל גילוי נאות- אני חבר בצוות הסטודנטים המדובר. ולענייננו, אנסה להתייחס למגוון התגובות כאן, בתקווה שיווצר דיון מעניין ופורה.
דבר ראשון שחשוב להבין הוא שאין כיום מנגנונים שתוכננו בצורה הזו שמספקים הגנה מהסוג הזה, ברור שיש הרבה תהיות והרבה ספקות, אבל תשתדלו לא לשפוך את המים עם התינוק, זהו רק שלב אחד בדרך למנגנון בטיחות אמיתי ויעיל.
כן , יכולה להיות תקלה, כן סיכוי סביר שתהיה מוטציה, אבל בואו קודם נַראֵה בתוך המעבדה שאפשר לתכנן מאפס מנגנון השמדה עצמית, נראה היתכנות, אחרי זה נלמד עוד ונבצע אופטימיזציות.
העולם של הביולוגיה הסינטטית הוא עולם חדש ומתפתח במהירות שיא, אז תשתדלו לא לפסול מראש.
עכשיו טיפה יותר פרטני-
1) הנשק שהחיידק מפנה נגד עצמו כמו גם החלבון הנוסף במע’ הם מגֵנים שאינם חדשים לעולם החיידקים, הם נלקחו מפאג’ים (וירוס של חיידקים) מוכרים היטב, ויש להם אפקט רק כנגד חיידקים, ורק כשהם באים כחלק ממע’ מאוד מסוימת, כלומר, המידע הגנטי שלהם כבר מסתובב לא מעט זמן בין חיידקים, ורק ה”פאזל” שבו הם מורכבים כעת הוא חידוש מבחינה גנטית.
2) ל “השואל” המע’ של הרפרסור לא תוארה כראוי, מה שקורה הוא שלחיידק יש מנגנון שיודע לייצר את הרפרסור רק בתנאי מעבדה (בנוכחות חומר לא טבעי שקיים רק במעבדה), וברגע שהוא משוחרר לסביבה הוא איננו יכול לייצר עוד רפרסור ולאט לאט עם החלוקות מאגרי הרפרסור שיוצרו בתנאי מעבדה מידלדלים עד שהוא לא יעיל יותר ואז המע’ שמייצרת את הטוקסין (ה”רעל”) מפסיקה להיות מדוכאת ונכנסת לפעולה.
התכונה שעוברת בתורשה היא תכונת “ייצור רפרסור תחת תנאי מעבדה” ולכן הצאצאים שנמצאים כבר מחוץ למעבדה לא מייצרים אותו יותר. כמות הרפרסור הקיימת בחיידק האם (זה שעדיין ייצר אותו במעבדה) היא כמות פיסית של חלבון שמתחלקת בין צאצאיו.
המע’ היותר חדשנית מבחינת גנטיקה של חיידקים והמעניינת לא פחות היא דווקא המע’ השניה, שבה אנחנו מכניסים לחיידק את היכולת להשתמש בחומצה אמינית לא טבעית (זה כבר לא מידע גנטי שמסתובב בעולם החיידקים), והופכים אותו לתלוי בחומצה הזו.
אנחנו עוקבים אחרי הפרסומים אז תרגישו חופשי לשאול (הכי טוב בקבוצה שלנו בפייסבוק) ונשתדל להגיב לעניין 🙂
“הרפרסור מוכנס בכמות מוגבלת, ולאחר מספר דורות מסוים לא נשאר לחיידק די מחלבון זה”
לא הבנתי, האם כאשר החיידק מתרבה הוא לא אמור להעביר לצאצאיו באופן תורשתי בדיוק את אותה כמות של רפרסור שגופו שלו הכיל ? מה שכתוב כאן נשמע לי קצת כמו בעל חיים שלצאצאים שלו יהיה זנב שאורכו מחצית מאורך הזנב של ההורה, ולצאצאים שלהם יהיה זנב שאורכו שוב מחצית מאורך הזנב שלהם, איך זה יתכן מבחינה גנטית ?
ידוע שמנגנוני השמדה תמיד פועלים ולא יתכן שתקלה או מוטציה תגרום לו לא לעבוד, או אפילו להשתמש ברעל לטובתו…
שחיידקים הם אלופי העולם במוטציות ועושים את זה מיליארדי שנים בתגובה ללחץ סביבתי.
אז בואו ניקח מנגנון שאנחנו לא מבינים עד הסוף (לחיידקים מורכבות אדירה) נחמש אותו בנשק (שכרגע מופנה לעצמו) שיש לו יכולת התרבות לא מוגבלת ונשחרר לסביבה. יהיה בסדר…
רעיונות יפים והלוואי שיצליחו.
אבל יש מונח שחשוב להשתמש בו נכון. בדרך כלל פרויקטים שמגייסים כסף עושים זאת לאחר שהגו או המשיגו (conceptualized) רעיון, ועכשיו נדרשים לפתח אותו. לכן השימוש במונח ‘פיתחו’ (שורה ראשונה בפסקה הרביעית) יתכן שהוא לא מדויק ואפילו מטעה.
יש משהו שקרוי העברה רוחבית של גנים
יש הרבה חיידקים שיכולים לקחת או לתת גנים לחיידקים ממין אחר יש מספר מנגנונים שונים לכך כמו פלסמידים ופאגים לפיכך גם אם החיידק ימות עדיין הגנים המהונדסים יכולים לעבור לפאגים או למין אחר אם כי הסיכויי יורד משמעותית.
1) אם המנגנון שלהם הוא ביולוגי אז גם הוא יכול לעבור מוטציה
2) מספיק שהמנגנון שלהם יעיל רק ב 99.99999% כדי שכל הקונספט שלהם יקרוס…
אבל מעניין. יישר כוח.