האם נוכל לייצר תינוקות בהזמנה, מהי אבולוציה סינתטית וכיצד ייראה אדם 2.0?

על כל השאלות הללו ניסו לענות משתתפי ערב “שלא כדרך האבולוציה” שקיימו בוגרי פיימלאב מישראל ומיוון בחמד”ע, והתשובות (בפנים) מעניינות

תינוקות בהזמנה

המרצה הראשונה היתה מיכל דקל. דקל סיימה בהצטיינות תואר ראשון בביוטכנולוגיה ותואר שני בגנטיקה והיא עובדת כיום על עבודת הדוקטורט שלה בנושא יציבות גנומית בעוברי אדם- בשלבים הראשונים של ההתפתחות ובשורות תאי הגזע. מחקר זה נערך בשיתוף המכון הגנטי בתל השומר והמרכז לחקר תאי גזע בטכניון.
150 שנה עברו מאז שדרווין הבין שהאבולוציה מתרחשת בגלל שינויים אקראיים אשר מקנים יתרון לנושאים אותם. כיום אנו יודעים כי השינויים הללו הינם מוטציות אשר מתרחשות בגנום, בד.נ.א. מוטציות הן גם הסיבה לחלק מהמחלות השונות שאנו רואים סביבנו היום. ואילו כיום, 150 שנה לאחר פרסום “מוצא המינים”, ולאחר שפוענח הקוד הגנטי וגנים רבים התגלו (ורבים אחרים עוד יתגלו בעתיד) יש בידינו את הכלים הטכנולוגיים להיפטר מאותן מחלות. לכן היום השאלה שאני רוצה להעלות היא האם יש בכוחנו להשפיע על נתיב האבולוציה, האם יש לנו את הכוח להתערב ואולי לעקוף את הברירה הטבעית?

בואו ניקח את אנמיה חרמשית כדוגמא למחלה כזו. אנמיה חרמשית הינה מחלת דם תורשתית המתבטאת בפגם במבנה ההמוגלובין. חלבון ההמוגלובין הוא נשא החמצן בגוף. בתוך כל כדורית דם נמצאות כ 200 עד 300 מליון מולקולות המוגלובין והן אלו שמעבירות את החמצן לתאים. כשהחלבון פגום, הוא יוצר מבנה אחר (מאורך יותר) אשר גורם לעיוות של תאי הדם האדומים, לצורה דמוית חרמש. כדוריות דם כאלו לא שורדות זמן רב, דבר המוביל לאנמיה, ובנוסף, אספקת החמצן לתאים נפגעת, דבר שעלול לגרום לכאבים, לשיתוק, לזיהומים רבים וללא טיפול גם למוות. כיום לא קיימת תרופה למחלה והטיפול המוצע מתרכז בעיקר בהקלת התסמינים – אנטיביוטיקה, עירויי דם תדירים וכדומה.

אם מטרתנו בעידן הנוכחי היא להעלים את המחלה הזו, צריך לדעת מעט על הגורם לה – הפגם במבנה ההמוגלובין מתרחש עקב מוטציה בגן להמוגלובין. הגן להמוגלובין ממוקם על כרומוזום 11, ומכיוון שלכל אחד מאיתנו יש שני כרומוזומי 11, יש לנו שני עותקים של הגן. אנמיה חרמשית היא מחלה רצסיבית, כלומר, מספיק שיהיה עותק אחד תקין בכדי שהמחלה לא תופיע. אמנם יהיה ייצור של המוגלובין לא תקין כי יש עותק אחד פגום אבל העותק התקין מחפה עליו ולכן יהיו מספיק כדוריות אדומות עם מבנה תקין ולא יופיעו סממני המחלה. אנשים כאלו הם נשאים של המחלה והם עלולים להעביר את הגן הפגום לדור הבא – בזיווג של שני נשאים יש סיכוי של 25% לילד חולה – ילד שיהיו לו שני עותקים לא תקינים ויהיה חולה עם כל התסמינים שהזכרתי. כיום קיימים כלים שבהם ניתן לזהות בקלות מיהם הבריאים, מיהם הנשאים ומיהם החולים באוכלוסיה..

מכיוון שאצל החולים, הבעיה היא שאין עותק תקין של הגן, ייתכן כי בעתיד, בשיטות של ריפוי גנטי, יהיה ניתן לרפא את החולים. הדבר נוסה לאחרונה בעכברים, ומדובר על מחקר פורץ דרך – לקחו עכברים שיש להם אנמיה חרמשית, בודדו מהם תאי עור, בעזרת תהליך חדשני, הצליחו להפוך את התאים האלו לתאי גזע עובריים – אותם תאים שיכולים להתמיין לכל התאים בגוף, ואז החדירו לתאים האלו את הצורה התקינה של הגן להמוגלובין. את התאים האלו מיינו לכיוון של המערכת ההמטופויטית והשתילו אותם במח עצם של העכברים, ואלו החלו לייצר המוגלובין תקין ונרפאו מהמחלה.

התהליך עדיין לא מספיק בטוח בכדי שנוכל לבצע אותו גם בבני אדם, יש צורך לוודא כי הוחדר למקום הנכון ולא מפריע לתפקודם של גנים אחרים. אבל גם אם בעתיד התהליך יהיה אפשרי, הוא עדיין לא מונע את המעבר לדור הבא. בתהליך הזה, תאי המין לא משתנים ולכן העותק הפגום של הגן יעבור הלאה. אם אנחנו רוצים להיפטר לחלוטין מהצורה הפגומה של הגן, ניתן להשתמש בטכנולוגיה אחרת – אבחון גנטי טרום השרשה (PGD), טכניקה שבה ניתן לסרוק את העוברים כדי לדעת את תכולה הגנומית שלהם. הטכניקה דורשת הפריית מבחנה – שואבים ביציות מהאישה ומפרים אותן במעבדה ע”י זרע שנלקח מהגבר. נותנים לעובר לגדול במעבדה במשך מספר ימים – ע”י חלוקות התאים – כאשר כל התאים זהים גנטית, לכולם אותו ד.נ.א כי כולם התפתחו מאותו תא ראשוני, וכאשר העובר בן 3 ימים ומכיל 8 תאים, לוקחים ממנו תא אחד ואותו בודקים. אם ברצוננו להיפטר מהעותק הפגום, נחזיר לרחם רק את אותם עוברים שיימצאו בריאים לחלוטין – לא חולים וגם לא נשאים. בצורה כזו, בתוך דור אחד ניתן להיפטר מהצורה הפגומה של הגן – אם נחזיר רק צאצאים בריאים ולא חולים או נשאים, הוא לא יוכל לעבור הלאה.

אבל אם כבר עשינו הפריית מבחנה, ולקחנו תא אחד מהעובר כדי לבדוק את תכולתו הגנומית – למה לבדוק רק מחלה אחת? ידוע היום מיקומם ותפקידם של אלפי גנים שקשורים למחלות ולתכונות שונות בגוף האדם – מדוע שלא נבדוק גם אותם? דמיינו לעצמכם עולם שבו נוכל לבחור את התכונות של צאצאינו. והאמת היא, שהעולם הזה נמצא ממש מעבר לפינה. בעתיד הלא רחוק נוכל לעצב את ילדינו על פי רצוננו. ע”י סינון עוברים נוכל לבחור רק את אלו עם העיניים הירוקות או השיער הבלונדיני, או לחלופין נוכל להנדס את העוברים על פי רצוננו – לשנות גנים קיימים בגנים אחרים, גם כאלו שלא היו בכלל במאגר שלנו.

האם השאלה אם לעשות את כל הדברים האלו היא רק מוסרית או שייתכן ואנחנו בכלל לא רואים את התמונה המלאה. אולי יש השלכות נרחבות יותר למעשינו שייתכן ואנחנו לא מודעים אליהן?

כדי להמחיש את הנקודה הזו, נחזור לאנמיה חרמשית. הרי אמרנו שדרווין הבין שרק תכונות המקנות יתרון שורדות – והרי אנמיה חרמשית היא לא ממש יתרון – מדוע אם כן הגן הזה שורד ולא נעלם לבד? המחלה נפוצה בעיקר במדינות כמו אפריקה ודרום אמריה. מה שעוד נפוץ באזורים האלו היא מחלת המלריה – מסתבר שהנשאים של הגן לאנמיה חרמשית חסינים למלריה ולא מפתחים את המחלה. החלבון שדרכו טפיל המלריה נכנס לכדוריות הדם משתנה בעקבות אותה מוטציה ולכן הטפיל לא מדביק באותו הקצב – הוא אמנם כן מצליח להדביק את הכדוריות הבריאות אך בקצב מואט שמאפשר למערכת החיסונית להתגבר עליו. מלריה היא מחלה שהורגת יותר ממיליון איש בשנה, רובם ילדים, ומסתבר שהגן הפגום מקנה לנושאים אותו יתרון אבולוציוני בסביבה בה הם חיים.
במילים אחרות, ליכולת שלנו להיפטר כיום מגן מסוים, יכולה להיות השפעה מרחיקת לכת. ועל כן, לפני שמקבלים החלטה כזאת, חשוב להיות מודעים ולראות לתמונה הכללית.
דרך אגב, דרך נוספת להיפטר מהמחלה הזו, הדרך הישנה והטובה, היא כזו שבה ניפטר מהמלריה, ואז לנשאים של הגן הפגום לא יהיה יותר יתרון אבולוציוני ולאט לאט הגן יימצא דרכו החוצה ממאגר הגנים הכללי.
לסיכום, מספר נקודות לדיון –
האם ראוי לאפשר התערבות גנטית בעוברים? האם אנו מודעים להשלכות ? האם יש הבדל בין ריפוי מחלה לבין השבחת תכונה? היכן עובר הגבול? מי צריך לשרטט אותו? מה צריך להיות הרכבו של הגוף שיתווה את הגבול?
האם ייתכן כי בעצם השמדה של אלל מסוים, אנחנו משנים את נתיב האבולוציה? ואולי אנחנו בכלל מעכבים את האבולוציה ע”י שימור הקיים?

האם ביולוגיה סינטתית תוביל לאבולוציה סינטתית?

כך שואל תיאו אנאגנוסטופולוס, אחד מזוכי תחרות פיימלאב ביוון, שהשתתף השבוע באירוע “שלא כדרך האבולוציה” ביחד עם שניים מבוגרי פיימלאב ישראל, בחמד”ע

מהי ביולוגיה סינטתי- סוג חדש של ביולוגיה הכוללת כימיה, מדעי המחשב, הנדסה וביולוגיה מולוקלרית. כך מגדיר תיאו אנאגנוסטופולוס, ביולוג מולקולרי וגנטקאי שתחומי מחקרו מתמקדים באוכלוסיות אנושיות, מחלות תורשתיות ורבייה. הוא פעיל בתחום התקשורת המדעית החל מ-2007. הוא ייסד את הארגון הלא-ממשלתי SciCo www.scico.gr שמטרתו לפשט נושאים מדעיים להגישם לציבור בשיטות יצירתיות ומהנות. הוא היה גם בין מקימי ארגון Green Project שמטרתו לקדם ולעודד שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים.
אנאגנוסטופולוס היה אחד המשתתפים במפגש שכותרתו “שלא כדרך האבולוציה” שהתקיים ביום שני השבוע בחמד”ע, ביחד עם שניים מבוגרי פיימלאב-ישראל – מיכל דקל ורועי צזנה.
ביולוגיה סינטתית פועלת בשתי דרכים, אומר אנאגנוסטופולוס. “דרך אחת היא הדרך של הנדסה גנטית, משלבים קטע DNA מיצורים שונים כך שהם יוצרים חיידק חדש, אבל הם משתמשים ב-DNA קיים הדרך השניה, שהיא יחסית חדשה היא לבנות מקטע DNA סינטתי וליצור בעזרתו יצור חדש.
שמענו על מחלת המלריה – מחלה הפוגעת ב-500 מיליון איש מדי שנה ומיליון מהם מתים. הטיפול הוא בתרופה כינין. הבעיה היא שהטיפל מצא דרך לעמידות לכינין. מדענים פיתחו תרופה חדשה בשם ארטימיסין שלמעשה גדלה בתוך צמח. חקלאיםניסו לגדל את הצמח באופן מסחרי וזה דבר שאי אפשר לפקח עליו כתוצאה מהשונות הידועה בחקלאות – בצורות, אסונות טבע אחרים וכתוצאה מחיר התרופה משתנה והוא אינו יורד מ-10 דולרים למנה, מחיר יקר מדי למדינות עניות – אותן מדינות בהן המלריה נפוצה.
“קבוצת מדענים מברקלי חתכו והדביקו DNA ממספר אורגניזמים שונים ופיתחו מסלול מטאבולי חדש- הדרך שבה התא עובד וצורך אנרגיה כדי לתפקד. ב-2003 הם פרסמו בנייצ’ר ביוטכנלוג’י כי הצליחו בדרך זו לפתח חיידק אי.קולי שמייצר ארטימטיס.
ב-2008 פרסם אותו צוות כי הצליח להגדיל את הייצור במיליון אחוזים. כתוצאה מכך עלות הייצור ירדה מעשרה דור לטיפול לדולר אחד לטיפול. חברת התרופות סאנופי-אוונטיס רשמה פטנט על התרופה ותחל בקרוב למכור את התרופה במסות במחירי עלות הייצור – דולר למנה. שימושים אחרים לשיטה היא פיתוח חיידקים ההופכים סוכר לדלק ידידותי לסביבה, אחרים מנסים לפתח חיידקים שיהפכו תאית לדלק ביולוגי.
האנרגיה הנדרשת לנו בכדור הארץ היא 15-18 טרהוואט. הביולוגיה הסינטתית יכולה להביא לפי התחזיות כל כמות שהיא בין 5-90 טרוואט, כלומר יש סיכוי שהביולוגיה הסינתטית לבדה תוכל לספק לנו את כל צריכת האנרגיה.
שימוש אחר הוא יצירת אורגניזם חדש שיספוג את עודף דו תחמוצת הפחמן מהאטמוספרה. ודבר מטורף שנעשה בשיטה זו: באוניברסיטת פנסילבניה הצליחו לגזור DNA מממותה נכחדת והם מתכננים להזריק אותה לביצית של פיל.

החזון העתידי הוא ליצור אורגניזם סינתטי ישירות מרכיבים כימיים ותוכנית אב של DNA. קרייג ונטר אחד ממובילי פרויקט הגנום האנושי מדבר היום דווקא על פרויקט הגנום המינימלי – לוקחים חיידקים ומורידים מהם גן אחד אחרי השני, ומנסים למצוא מה המינימום הדרוש לשמירה על החיים. הם מנסים מרכיבים את החיידק מחדש כשהם משתמשים רק בכימקלים ומוסיפים כמובן מוסיפים גם גנים חדשים שיכולים למשל לייצר תרופה.
נקודות למחשבה – מה קורה לאלפי החקלאים שתירבתו את צמחי הארטמיסין? מי אמר שממותה רוצה לחזור? הממותה מתה מסיבות מסוימות – היא נכחדה בלי התערבות של בני אדם. מי שולט בטכנולוגיה – נוכל להתערב בילדים שלנו, אנחנו אבודים ונצטרך להוציא עשרות אלפי דולרים על בריאותנו, למה שלא נעשה ילדים שאינם נושאים מחלות גנטיות? כמה יקר הדבר יהיה – האם לכולם תהיה גישה לכך או רק לעשירים?

אדם 2.0
המשתתף האחרון היה רועי צזנה, אף הוא בוגר פיימלאב, שסיפר על שיפורים אפשריים לגוף האדם איך ניתן לאנשים יכולת לשיפור הראיה? כיום אפשר לעשות זאת באמצעות ניתוח לייזר. ספורטאים כמו טייגר וודס עשו ניתוח שנותן להם ראיה 20/15 – כלומר הם רואים עצמים במרחק 20 רגל (כ-6 מטרים) כאילו הם נמצאים במרחק 15 רגל (כ-4.5 מטרים), ויש כאלה שמסוגלים לראות 20/15 (6/3 מטרים). למרבה מזלם, הדבר טרם נאסר על ספורטאים, וחשוב להם לראות את כדורי הגולף טוב יותר.
העתיד טומן לנו אפשרות לבצע הנדסה גנטית באמצעות וירוסים. שיטה זו מיועדת להלחם באחד מהאויבים של גוף האדם, הרדיקלים החופשיים הבעיה היא שהם נוצרים חלק מתהליך הנשימה הטבעי. אם תא שריר יודע שיש יותר מדי רדיקלים חופשיים הוא מפסיק לעבוד כדי לתת הזדמנות לרדיקלים החופשיים להתפרק באמצעות האנזים קטלז. הבעיה היא שהאנזים הזה פועל בקצב מוגבל.
ב-2005 נוצרו עכברים טרנסגניים המבטאים עודף של קטלז בתאים שלהם. העכברים הללו יכולים לזכות בהגנה יותר טובה מהרדיקלים החופשיים לעומת עכברים ‘רגילים’. הם חיו בין 10% ל-15% יותר זמן מעכברים רגילים וגם היו להם פחות מחלות לב, ופחות קטרקטים בעיניים. האם אפשר לעשות דבר דומה בבני אדם. אי אפשר להנדס גנטית בני אדם כפי שעושים לעכברים, משום שהדורות האנושיים ארוכים בהרבה. לפיכך עבור האדם יש פתרון אחר הנדסה גנטית באמצעות וירוסים. הרעיון להזריק מיליארדי וירוסים לורידים, בניסוי בעכברים הוירוסים הללו נכנסו לתאים והדביקו אותם בגן המבטא את הקטלז. גם עכברים אלה, כמו אלו שנולדו עם יכולת הביטוי הזה רשמו שיפור משמעותי בכושר הגופני.
ישנם כמה מכשולים בדרך לשימוש באנזים בבני אדם. ראשית, לא בטוח שמה שעובד בעכברים יעבוד בבני אדם. שנית, רצוי לשפר את בטיחות השימוש בוירוסים כי אלו עלולים לגרום נזקים ולא רק לבצע את המוטל עליהם.
הדוגמה השלישית לשיפור האדם לקוחה אף היא מעולם החי – שיקום נצחי. ישנם בעלי חיים כגון הסלמנדרה שיכולים להצמיח גפיים מחדש. החלזונות מנצחים את כולם כי הם יכולים אפילו להצמיח את הראש. אבל יש חיה שמנצחת את כולם ההידרה. כמו ההידרה המיתולוגית שכל ראש שהיו כורתים לה היתה מצמיחה שניים, יש חיה שמאוד קרובה לה, ההידרה. חיה זו כוללת רגל אחת, ראש המכיל פה ומספר לא קבוע של זרועות ציד, אם כי בניגוד להידרה המיתולוגית אורכה 3 מילימטרים בלבד, אבל יש לה יכולות שיקום הרבה יותר טובה מזו של החילזון.. אם כורתים לה זרוע ציד ומרחיקים אותו מגופה היא משקמת את זרוע הציד. אבל גם זרוע הציד שנכרתה תשקם את כל ההידרה מחדש.
אם ניקח את ההידרה ונפרק אותה לאלפי התאים שמהם היא מורכבת, התאים יתחברו מחדש לצברים של 10 תאים וכל צבר יבנה הידרה חדשה משלו. הסיבה לכך היא שגוף ההידרה גדוש בתאי גזע עובריים והם אלו שמסוגלים לבנות את ההידרה מחדש. למעשה ניתן לומר שההידרה היא עובר נצחי.
לאדם אין תאים כאלה בבגרותו. אבל הצד החיובי הוא שלפני 3 שנים אירעה פריצת דרך במחקר תאי הגזע. שלוש מעבדות שונות הראו שניתן להפוך תאי עור אנושיים ריגילים באמצעות הנדסה גנטית למעין תאי גזע. מכנים זאת תאי גזע מושרים. האם אפשר להנדס אדם או להחדיר לגוף שלו תאי גזע שישקמו איברים שנשחקו או ייצרו איבר חדש או לכל הפחות את תא העצב שמת מזקנה במוח.
עם זאת, ראוי לציין כי תאי הגזע העובריים מסוכנים ללא בקרה. אם נזריק אותם סתם ככה לגוף נקבל גידולים סרטניים. נצטרך איפוא להורות להם כיצד לשקם את הגוף וליצור חיים חדשים. אם נצליח – חיים ללא מוות ללא תאונות וללא מחלות.
לבסוף שואל צזנה כמה שאלות: האם מותר לנו לשחק בחומר האנושי (התשובה שלי היא כן); כיצד תשתנה החברה כתוצאה משיפור האדם (לטובה) האם כדור הארץ מסוגל להתמודד עם אלמוות? כן.

עוד בנושא באתר הידען:

• למה מדע בדיוני הכרחי להישרדותנו בעתיד
• ברכות ממחנה העתיד
• על אאוגניקה וגנטיקה – כיצד תשנה ההנדסה הגנטית את חזון הגזע העליון