תכנון תבוני-גרסת המילניום:בקרוב נוכל לתכנן יצורים חיים בעלי תכונות מוגדרות מראש

חברת גנום קומפיילר מתל אביב מתווה את הדרך לשם. פורסם במדור ‫זרקור –  / דורית פרנס‬ 

ב-2003 התארח ג’יימס ווטסון, חתן פרס נובל שגילה את מבנה הדנ”א עם פרנסיס קריק, בחברת מונסנטו, ענקית הביוטכנולוגיה החקלאית בארה”ב. רבים מפחדים ממונסנטו וממוצריה, משום שהחברה מפתחת צמחים שעברו הנדסה גנטית כדי להקנות להם תכונות חדשות כגון עמידות לחומרי הדברה, עמידות למזיקים מסוימים ותנובה גבוהה יותר. ואולם, ווטסון, תומך נלהב בשימוש בדנ”א רקומביננטי, כלומר דנ”א שתוכנן והופק במעבדה והוחדר לאחר מכן לאורגניזם כלשהו לפי בחירתנו, אמר בנאום שנשא לפני העובדים: “יש הטוענים שאנחנו ממלאים את תפקידו של אלוהים. התשובה שלי ברורה: ‘מי אם לא אנחנו יכול למלא את התפקיד הזה?'”

החיידק הסינתטי הראשון

שבע שנים לאחר מכן, ב-2010, התחדדה השאלה אף יותר כשג’ קרייג ונטר, וצוות החוקרים שלו ממכון ג’ קרייג ונטר (JCVI), יצרו לראשונה חיידק סינתטי, מיקוֹפְּלַסמָה לַבּוֹרַטוֹריום (מילולית: מיקופלסמה “מעבדתי”) [ראו “כלים לחיים”, סיינטיפיק אמריקן ישראל אוקטובר-נובמבר 2010]. מבצע פשוט? כלל וכלל לא, וגם לא זול. ההערכה היא שהפרויקט עלה כ-40 מיליון דולר. זאת ועוד, הגרסה הראשונה של מ’ לבורטוריום לא הצליחה לשרוד משום שהייתה בה הַחְסַרָה של נוקלאוטיד אחד בגן חיוני של החיידק. הטעות תוקנה והניסוי הצליח בסופו של דבר. המבצע המורכב הזה הוא אפוא אבן דרך נוספת במסע שלנו אל החיים הסינתטיים, אל היכולת לתכנן ולייצר כל רצף דנ”א שנחפוץ בו, ואז להפיח בו חיים. האפשרויות רבות, וכך גם הסכנות, והתהיות האתיות.

תכנן לי גנום

אל המסע הזה הצטרפה לאחרונה גם חברת הזנק ישראלית, חברת גֶנוֹם קוֹמְפַּיילֶר (GCC), ששמה לה למטרה לתכנן ממשק ידידותי למשתמש שיאפשר לתכנן בקלות וביעילות כל גנום שנחשוק בו, גדול ומורכב ככל שיהיה. GCC הוקמה על ידי עומרי עמירב-דרורי, בעל תואר דוקטור בביוכימיה מאוניברסיטת תל אביב, ושותפים. לאחר לימודי הדוקטורט, נסע עמירב-דרורי להשתלמות פוסט-דוקטורט באוניברסיטת סטנפורד, שם נדבק בחיידק היזמות והחליט להקים חברה שתאפשר לו לממש את חזונו הביולוגי. בעזרת מימון מאוניברסיטת הסינגולריות ומחברת אוטודסק, ייסדו עמירב-דרורי, הוא ושלושה שותפים נוספים: יוגב דבי, רועי נבו, וניר בן משה (כולם מאינטל במקור) את חברת GCC. המוטיבציה, אומר עמירב-דרורי, היא “להגדיל את התפוקה מן המשאבים המצויים. אנחנו חיים בעולם שמקורות האנרגיה שלו מתכלים, אבל יצורים חיים יודעים להשתמש במקורות מתחדשים, כמו שמש ופחמן דו-חמצני”. אם נוכל לרתום יצורים אלו לתועלתנו, על ידי כך שנתכנן אותם כרצוננו, נוכל לפתור חלק ניכר מבעיות העולם. יותר מזה, יצורים חיים יודעים להתרבות לבד, ולכן צריך להכין אותם רק פעם אחת.

ואולם, כפי שמסביר עמירב-דרורי, בתחום הגנומיקה חסרה חוליה בשרשרת עיבוד המידע. המידע הגנטי “כתוב” בעזרת ארבע אותיות הדנ”א, A, G, C ו-T, שאפשר להקביל אותן לקוד הבינארי של המחשב. אנחנו יודעים לפענח את הקוד הזה ולהסתכל על התוצר המוגמר שלו, כלומר על החלבונים שהגנים השונים מקודדים. אבל כשאנחנו משתמשים במחשב, איננו משתמשים בשפת המכונה, כלומר במחרוזות של 0-ים ו-1-ים, שאותן נתקשה מאד להבין. במקום זאת, המתכנתים משתמשים בשפות תכנות עיליות, ותוכנה המכונה “קומפיילר” (מהדר) מתרגמת אותם לקוד שהמחשב מסוגל להבין. גנטיקאים, לעומת זאת, עדיין נאלצים במקרים רבים להשתמש ב”קוד המקור” הגנטי, כלומר ברצפי A, C, G ו-T, והיעדר קומפיילר גנטי, אומר עמירב-דרורי, מקשה מאוד על תכנון גנומים או חלקי גנומים חדשים.

וכאן נכנסת לתמונה חברת גנום קומפיילר ששמה מדבר בעד עצמו. בעזרת התוכנה של החברה אפשר לתכנן בקלות גנום חדש, לשנות אותו, להעביר גנים ממקום למקום, ובסופו של דבר, כשתכנון הפרויקט נשלם, לשלוח הזמנה לאחת החברות הפועלות כיום בשוק לסינתזת דנ”א ולקבל את הגנום שתכננתם מוכן ומזומן לשימוש.

כדי להתחיל פרויקט חדש בעזרת הפלטפורמה של גנום קומפיילר, יש לייבא ראשית רצפים גנטיים של גנומים קיימים. הפלטפורמה כבר כוללת ספריית נתונים שבה רצפים של כמה גנומים שלמים, וכן מאפשרת חיבור קל ומהיר לכל מאגרי הנתונים הגדולים המצויים כיום, ומשם אפשר להוריד רצף דנ”א ולהשתמש בו. את הגנום שרוצים לשנות אפשר לערוך בכמה רמות. אפשר כמובן להסתכל על רצף הדנ”א הבסיסי, אך אפשר גם להסתכל על מערך הגנים השונים, על רצפי החלבונים, על תפקוד החלבונים וכן הלאה. אם למשל, רוצים להכניס גן חדש, המכיל קוד לאנזים שלא היה בו קודם לכן, כל מה שצריך לעשות הוא לגרור את הסמליל של הגן למקום הרצוי בתרשים הגנום, ולהכניס אותו לשם בקליק אחד של העכבר. הקומפיילר כבר ידאג לייצר את ההוראות להחדיר את רצף הנוקליאוטידים של הגן החדש למקום הנכון ברצף הדנ”א המקורי. הממשק שפיתחה חברת GCC זמין כיום חינם לכל משתמש, וגרסת הביתא יצאה לאור במארס 2013.

דרושות מעבדות לקהל הרחב

כמובן, עדיין נדרש ידע לא מבוטל בביולוגיה כדי להשתמש בתוכנה, אומר עמירב-דרורי, אבל המטרה הסופית היא להביא ל”דמוקרטיזציה של תהליך היצירה הביולוגית”, ולכן בעתיד יתווספו לתוכנה גם מיני פונקציות, כגון התרעה על טעויות בתכנון, אם תנסו, למשל, לתכנן יצור שחסר לו גן חיוני. כמו כן, התוכנה תספק מאגר גדול יותר, מסודר יותר ומבואר יותר של נתונים גנטיים, וכן נתונים על מבנים תלת-ממדיים של חלבונים. עמירב-דרורי ושותפיו מתעתדים לתכנת פנימה גם פונקציית שיתוף שתאפשר לקהל הרחב לעבור על המידע ולהכניס תיקונים ושיפורים במוצר.

ברוח זו, עמירב-דרורי גם יוזם ומקדם את הסניף הראשון של DIYbio (ביולוגיה – עשו זאת בעצמכם), מיזם עולמי שמטרתו לעשות לביולוגיה את מה שהמייקרים עשו לאלקטרוניקה ולרובוטיקה. המיזם הישראלי מחפש כעת מקום ומימון למעבדה ציבורית שתאפשר לאנשים לממש את חזונם הביולוגי גם בלי להיות אקדמאים.

רוצים דוגמאות לפרויקטים אפשריים? עמירב-דרורי מספר, למשל, על ערכה לזיהוי כספית במים. כל מה שצריך זה לתכנן חיידק שיש לו גן לריח של בננה, המופעל בנוכחות כספית. אם נכניס את החיידק למים ויעלה מהם ריח של בננה, סימן שהם רעילים. פרויקט נוסף, שהוצע על ידי אנדריאה סטרומר מ-DIYbio באירופה, הוא הכנת צמחים שזורחים בלילה. במקום לצלצל לעירייה ולהתלונן בכל פעם שפנס הרחוב כבה, תוכלו לשתול על יד הבית עץ שזורח בלילה, רק כדאי לנסות ולתכנת פנימה מתג כיבוי. בעבור הפרויקט הזה, שתוכנן בעזרת הממשק של GCC, החליטה החברה לגייס כסף באתר קיקסטארטר. מי שרוצה להשתתף, מוזמן להיכנס לאתר: http://glowingplant.com/kickstarter

תיבת פנדורה?

הביולוגיה הסינתטית שובה את דמיונם של רבים, אבל הדמיון עלול להשתולל. כיום מדובר בעיקר באורגניזמים פשוטים, מחיידקים לאבחון, שיבחנו מחלות בגופנו או חומרים רעילים ומזהמים בקרקע ובמים, ועד חיידקים וצמחים פשוטים שיהפכו אור לדלק ביולוגי. אבל מעבר לפינה עשויים לארוב יצורים אפלים בהרבה. כבר כיום, יש המסתייגים מבעלי חיים זוהרים, שבעזרת שיטות של הנדסה גנטית מבטאים את החלבון הפלואורסצנטי של המדוזה. ומה עם תכנון נשק ביולוגי? כדי לנסות ולהתמודד עם אפשרות זו, עמירב-דרורי מתכנן לשלב בתוכנה פונקציית ביטחון ביולוגי שלא תאפשר לתכנן יצורים המבטאים גנים מזיקים. אבל לבעיות האתיות קשה יותר לתת מענה טכני פשוט. מה, למשל, יהא עם יצורים תבוניים העשויים לסבול כאב פיזי או מצוקה נפשית בעקבות תכנון לקוי?

ובכל זאת, העתיד הזה מתקרב בצעדי ענק. עמירב-דרורי זוכר איך כשהגיע לאוניברסיטת סטנפורד ב-2007, עמדה העלות של סינתזת דנ”א על כמה דולרים לזוג נוקלאוטידים. כשעזב את האוניברסיטה, ירדה העלות לרבע דולר לזוג בסיסים, והיום היא נמוכה אף יותר. יותר מזה, ממש לאחרונה הודיעו חברת Synthetic Genomics וחברת Integrated DNA Technologies על תכניתם לאפשר ייצור מסחרי ולפי הזמנה של רצפי דנ”א שאורכם עד 2 מיליון נוקלאוטידים. לשם השוואה, גודל הגנום של מיקופלסמה לבורטוריום הוא כ-1.1 מיליון נוקלאוטידים, ואילו של חיידק אי קולי הוא 4.6 מיליון נוקלאוטידים, כך שהטכניקות שמפתחות החברות האלה יאפשרו לייצר בקלות רבה חיידקים לפי הזמנה, ובעתיד אף יצורים מפותחים יותר.

מוכנים או לא, העתיד כבר כאן…

ועוד בנושא

האתר של חברת GCC: www.genomecompiler.com

האתר של DIYbio בישראל: https://groups.google.com/forum/#!topic/diybio-israel/KRDK2G4ESRs Facebook