סיקור מקיף

התקדמות בתחום הביולוגיה הסינתטית והמיחשוב הביולוגי

חוקרים מאוניברסיטת רייס ומהמרכז הרפואי של אוניברסיטת קנזס מפתחים מעגלים גנטיים שיוכלו לבצע מטלות הרבה יותר מורכבות באמצעות החלפתם של אבני-בניין חלבוניים * תוצאות המחקר מספקות למדענים אפשרויות רבות יותר בבואם לעצב תאים סינתטיים שנועדו למטלות מוגדרות, לדוגמה – ייצור של ביו-דלקים, טיפול בנזקי סביבה וטיפול במחלות בבני-אדם

ביולוגיה סינתטית. איור: shutterstock
ביולוגיה סינתטית. איור: shutterstock

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]
חוקרים מאוניברסיטת רייס ומהמרכז הרפואי של אוניברסיטת קנזס מפתחים מעגלים גנטיים שיוכלו לבצע מטלות הרבה יותר מורכבות באמצעות החלפתם של אבני-בניין חלבוניים.
המעגלים הגנטיים המודולאריים שפותחו מתוך גנומים חיידקיים שלא קשורים אחד לשני יכולים לשמש עבור הטיפול באותות קלט כימיים מרובים בו-זמנית תוך הפרעה מינימאלית מסביבתם. תוצאות המחקר, שפורסמו בכתב-העת המדעי ACS Synthetic Biology, מספקות למדענים אפשרויות רבות יותר בבואם לעצב תאים סינתטיים שנועדו למטלות מוגדרות, לדוגמה – ייצור של ביו-דלקים, טיפול בנזקי סביבה וטיפול במחלות בבני-אדם.

החוקרים בונים מעגלים לוגיים גנטיים מורכבים הדומים לאלו המשמשים בבניית מחשבים והתקנים אלקטרוניים רגילים. במעגל פשוט, אם מתקבלים שני אותות קלט המעגל מבצע את ההוראות הקשורות בהם. במעגל גנטי המבוסס על סוג כזה של מעגל בוליאני (וויקיפדיה), מעגל לוגי גנטי יכול לקדם את היצירה של חלבון מוגדר כאשר הוא חש בשני כימיקלים – או שהוא יכול לעודד את הדנ"א של התא דווקא לעכב את היצירה של חלבון זה.

הייצור של מעגלים פשוטים הפך להיות קל יותר ויותר ככל שהביולוגים הסינתטיים פיתחו עוד ועוד כלים מדעיים לשם כך, אולם הם עדיין נדרשים לכלים מתוחכמים יותר עבור בעיות מורכבות. "אחד מהיעדים העיקריים של טכנולוגיה זו הוא היכולת לאפשר לתאים לחוש ולהגיב לסביבה שלהם באופן מתוכנת," אומר החוקר הראשי. "אנו מעוניינים לתכנת תאים כך שיגיעו לסביבה ויבצעו שם את המטלות הנדרשות מהם." מסביר החוקר: "כרגע, אחת מהדרכים העיקריות שאנו עושים זאת היא באמצעות שערים לוגים מסוג תעתוק. מעגלים אלו דומים למעגלים אלקטרוניים – אותם שערים לוגיים במחשבים שלנו. בתאים שערים אלו פועלים קצת אחרת, אולם קווי-הדמיון ביניהם רבים."

השערים הלוגיים שמפותחים היום מגיבים באופן מתוכנת כאשר הם חשים בכימיקלים בסביבתם המידית. אם בסביבה נמצאים שילובים מוגדרים של כימיקלים, השער יפעיל גן שעשוי לעכב או לעודד את ביטויו של חלבון הקשור אליו. "מחקר רב בתחום של ביולוגיה סינתטית נעשה בתכנות תאים כך שיקבלו החלטות באופן טוב ויעיל יותר," מסביר החוקר. "מצאנו דרך חדשה ליצירת מערכות גנטיות מודולאריות וקלות לייצור שנועדו לפתח שערי תעתוק בעלי רמת תגובה גבוהה."

המחקר עצמו מבוסס על ארגז כלים גנטי של גורמי תעתוק כימריים. חלבונים מודולאריים אלו משלבים את יכולת הויסות הגנטית של גורם תעתוק אחד ואת יכולת חישת הסביבה של גורם אחר. החוקרים הדגימו כי עד 4 כימרים בעלי צורות קישור זהות לדנ"א יכולים לפעול יחדיו ולתפקד בתור שערים המקבלים אותות קלט מרובים – האחראים לעיכוב או לעקיפת העיכוב – של גנים מוגדרים. החוקרים בחנו בהצלחה את היכולת של שילובי כימרה בחיידק אשריכיה קולי להגביר או להפחית את ויסות הביטוי של גן המקודד את החלבון הפלואורסנטי הירוק. "בדרך כלל, כאשר מפתחים שער לוגי גנטי יש צורך להתחשב בגנים רבים ברקע המאפשרים לשער לפעול," מסביר החוקר.

תיאור סכמטי של תהליך קבלת החלטות באמצעות ביולוגיה סינתטית. איור: אוניברסיטת רייס
תיאור סכמטי של תהליך קבלת החלטות באמצעות ביולוגיה סינתטית. איור: אוניברסיטת רייס

"אנחנו הצלחנו לבטל את הצורך בגנים אלו של הרקע באמצעות תכנות גורמי תעתוק – המהווים חלבונים מוגדרים המפעילים או מכבים גנים בתגובה לתנאי הסביבה. "כעת, אנו מסוגלים לתכנת הן חישת סביבה והן ויסות גנטי באותה מערכת," מציין החוקר הראשי.

החוקר אומר כי הוא צופה שביולוגיה סינתטית תוכל לטפל בסוגיות רבות. "ייתכן ונוכל להשתמש בתאים כך שהם יוכלו לדווח, או אפילו לטפל, בזיהומים סביבתיים; או שנוכל לתכנת אותם לגלות גידול בגוף שלנו ולהגיב אליו. לשם כך, עלינו להורות לתאים לחוש את הסביבה של הגידול, וכתלות בכימיקלים שאותם התאים מגלים, להגיב בהתאם." מוסיף ואומר החוקר: "בתחום של תסיסה, לדוגמה, מהנדסי ביוטכנולוגיה ירצו לווסת גנים בתאים על מנת לשנות את שלביו של תהליך רצוי. מעגלים חדשים אלו יוכלו לחוש סוכרים מסוגים שונים הנמצאים בתרבית ולהכווין את ויסות הגנים לשם קבלת ניצולת ייצור מרבית."
הידיעה על המחקר

תקציר המאמר

 

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

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן