החיים ברמה האטומית

אחת מפריצות הדרך החשובות בשנת 2017 לפי מגזין Science: מיקרוסקופ אלקטרונים קריוגני (cryo-EM) המאפשר לקבל תמונות של רכיבים אטומיים בכושר הפרדה מעולה

נדיר הוא המצב שבו המצאה משיגה את הכבוד הגבוה ביותר של עולם המדע, בדמות פרס נובל, בו בזמן שההשפעה שלה ממשיכה לגאות. השנה החולפת הייתה השנה של מיקרוסקופ אלקטרונים קריוגני (cryo-EM), שיטה המאפשרת למדענים לקבל תמונות ברורות ודוממות של מולקולות מורכבות בעודן מגיבות אחת עם השנייה. בשנת 2017 השיטה הצליחה להוליד תובנות מרובות באשר לדרך שבה חלבונים חשובים פועלים, בשנה זו ‘המכונים הלאומים לבריאות בארה”ב’ (NIH) הקימו רשת של מרכזי מחקר מבוססי מיקרוסקופ אלקטרונים קריוגני ברחבי המדינה, וחלק מחלוצי השיטה אפילו זכו בפרס הנובל לכימיה.

השיטה עושה שימוש באתאן נוזלי בכדי להקפיא במהירות מולקולות במהלך תנועתן בתוך תמיסה של מים. אז, החוקרים מסוגלים לצפות בדגימות הללו תחת מיקרוסקופ אלקטרונים ולרתום תוכנות מחשב על מנת לנפות את התמונות ולהרכיב מחדש את המידע לקבלת תמונה ברורה וחדה של המבנה. בניגוד לקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן – השיטה הנפוצה ביותר כיום בתחום של ביולוגיה מבנית – מיקרוסקופ אלקטרונים קריוגני אינו מצריך גיבוש של מולקולות המטרה, השלב המאתגר ביותר בשיטה הקיימת, ולאור העובדה כי המולקולות נמצאות ממש במהלך התגובה ביניהן, ניתן לקבל תובנות רבות באשר לפעילות שלהן. הבסיס של השיטה קיים כבר שנים רבות, אולם השיפורים במכשור, בתוכנה האחראית לעיבוד מהיר וניתוח התמונות, ובהליכי עבודה המפחיתים את השגיאות במערכת, סייעו כולם לפריצת דרך בשיטה זו במהלך השנים האחרונות.

בזכות הקבלה של כושר הפרדה ברמה כמעט אטומית, כושר הפרדה שלא היה קיים בעבר, השיטה מאפשרת להסביר תצפיות ארוכות שנים בתחום הביוכימיה והגנטיקה. השנה, השיטה אפשרה לחוקרים לקבל תמונות חדשות באשר לפעילותם של ספלייסוזומים (spliceosomes), מערכות חשובות לעיבוד רנ”א, באשר לחלבונים הבונים את קרומיות התאים ותובנות באשר לאותם אנזימים המתקנים שברי דנ”א.

השיטה המתקדמת מאפשרת גם לקבל מודלים בכושר הפרדה גבוה של הסיבים המורכבים האחראים ליצירת שכבת רובד המצטברת במוחותיהם של חולי אלצהיימר, והראתה כיצד בדיוק מערכת עריכת הגנים מסוג CRISPR לוכדת ועורכת את הדנ”א. בנוסף, החוקרים מנצלים את יכולות השיטה בכדי לבחון מולקולות קטנות כגדולות, ולפענח את המבנים של האצה האדומה האחראים ללכידת האור ובנוסף, לצפות במערכות חלבונים קטנות שלא נצפו בעבר, בוודאי שלא בכושר הפרדה גבוה המתקבל בזכות השיטה.

סיכום 2017 באתר הידען:

• התגליות החשובות בביולוגיה ב-2017: עריכה מדויקת של גנים; תרופה גנטית לסרטן
• מיזוג כוכבי נייטרונים – פריצת הדרך של השנה על פי המגזין SCIENCE
• בצורת, הוריקנים וטראמפ: סיכום 2017 בסביבה
• 2017 בחלל: יו”ר סוכנות החלל אופטימי באשר לתוכנית לווייני התקשורת ולפרוייקט SpaceIL
• 2017: השנה המדהימה של SpaceX
• 2017 בחלל – סיומה של משימת קאסיני לשבתאי