דרכים צדדיות

ד"ר שולדינר וצליל אסט בדקו את המסלולים בהם משתמשים חלבונים כדי להיכנס לתוך אברון תאי הקרוי "הרשתית האנדופלסמתית": סדרת קרומים מקופלים היוצרים מבנה מבוכי שבו החלבונים מתקפלים, נבדקים, ונשלחים ליעדם. החלבונים העוברים דרך אברון זה נשלחים בסופו של דבר אל מחוץ לתא

מימין: צליל אסט, ד"ר מאיה שולדינר ומיכל ברקר. מבט על
מימין: צליל אסט, ד"ר מאיה שולדינר ומיכל ברקר. מבט על

"הביולוגים מקווים לגלות במחקריהם 'דוגמאות של ספרי לימוד', כלומר מקרים אופייניים, כלליים", אומרת ד"ר מאיה שולדינר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית. כדי להדגים את דבריה, היא פותחת ספר לימוד בביולוגיה, ומצביעה על תרשים המתאר מסלול מולקולרי – סדרה של אינטראקציות בין מולקולות שמטרתו להביא חלבון מסוים, או תהליך מסוים, ממצב א' למצב ב'. מאחר שחלבונים רבים נוטים להשתמש במסלול מולקולרי אחד, דוגמאות כאלה "של ספרי לימוד" יכולות לחשוף תובנות חשובות לגבי אופן פעילותו של התא, ולהניחיסודות למחקרים ולתגליות נוספים.

אבל מאחורי דוגמאות של ספרי לימוד, טוענת ד"ר שולדינר, מסתתרת מציאות מורכבת בהרבה: "באופן כללי, המסלולים שמתגלים בשלב המוקדם של המחקר בתחום כלשהו נחשבים לחשובים ביותר. כאשר אנחנו מגלים חלבונים המשתמשים במסלולים אחרים, אנחנו נוטים להתייחס אליהם כאל יוצאים מהכלל. לעיתים קרובות מדענים אינם נעצרים כדי לשאול, כמה חלבונים משתמשים באמת במסלול זה או אחר".

ד"ר שולדינר ותלמידת המחקר צליל אסט החליטו, כי הגיע הזמן לעצור ולשאול את השאלה הזו. הסיבה לכך, בין היתר, היא קיומה של טכנולוגיה חדשה המאפשרת להן לבדוק כמות גדולה של חלבונים בבת אחת: הציוד המיקרוסקופי המתקדם והשיטות החישוביות בהן משתמשת ד"ר שולדינר, מאפשרים לה לגלות את המסלולים בהם משתמשים מאות חלבונים בתא, בחלקיק מהזמן שנדרש בעבר לבדיקת חלבון או שניים.

ד"ר שולדינר וצליל אסט בדקו את המסלולים בהם משתמשים חלבונים כדי להיכנס לתוך אברון תאי הקרוי "הרשתית האנדופלסמתית": סדרת קרומים מקופלים היוצרים מבנה מבוכי שבו החלבונים מתקפלים, נבדקים, ונשלחים ליעדם. החלבונים העוברים דרך אברון זה נשלחים בסופו של דבר אל מחוץ לתא: חלקם הם הורמונים ומולקולות איתות חיצוניות, וחלקם הם חלבונים אשר נעצרים בפני השטח החיצוניים של קרום התא ונשארים צמודים אליו – כמו קולטנים. החלבונים האלה הם שמאפשרים לתא לחוש בסביבה ולהגיב אליה, וכן לתקשר עם תאים אחרים. למעשה, כמעט בכל מחלה אנושית מעורבים חלבונים מופרשים. המסלול שבו נכנסים חלבונים לרשתית האנדופלסמתית, אשר התגלה בשנות ה-70 של המאה ה-20, נקרא SRP, והוא נחקר רבות. מסלולים אחרים שהתגלו מאז נחשבים לחסרי חשיבות, והם קרויים בפשטות "מסלולים שאינם תלויים ב-SRP".

הרשתית האנדופלסמתית. מקור: ניקול רג'ר, הקרן הלאומית למדע
הרשתית האנדופלסמתית. מקור: ניקול רג'ר, הקרן הלאומית למדע

האם מסלול SRP הוא אכן מסלול הכניסה העיקרי לרשתית האנדו- פלסמתית?המדעניות בדקו את כל החלבונים המצויים ברשתית האנדו- פלסמתית של תא שמרי אפייה – כ-1,300 חלבונים. התשובה הייתה ברורה: רק כמחצית מהם השתמשו במסלול SRP כדי להגיע לשם. היתר השתמשו במסלולים אחרים: חלקם זוהו בעבר והיו מוכרים, אולם הממצאים הצביעו גם על מסלולים נוספים, שאינם מוכרים. המדעניות גילו, כי לפחות לגבי שמרים קיימת חלוקה ברורה: החלבונים שמשתמשים במסלול SRP הם אלה שנשארים לאחר מכן קשורים לקרום התא, ואילו חלבונים שאינם משתמשים במסלול SRPמופרשים מהתא החוצה. מאחר שמסלולים אלה נשמרו היטב במהלך האבולוציה, ד"ר שולדינר מאמינה, כי חלוקה דומה מתקיימת גם בתאים של בני אדם. משמעות הדבר היא, שהחלבונים המשתמשים במסלולים האחרים כוללים חלבונים חשובים המופרשים אל מחוץ לתא, כמו הורמונים ומולקולות איתות.

בימים אלה מנסה הצוות ליצור תמונה שלמה יותר של המסלולים האלטרנטיביים. המטרה הסופית היא לזהות את כל המסלולים המולקולריים בהם משתמשים כל החלבונים היוצאים אל מחוץ לתא. המדענים מצפים, כי כתוצאה ממחקר זה לא יתקבל מודל פשוט ואידיאלי, אלא תמונה מורכבת וסבוכה, אשר תשקף בצורה מדויקת יותר את התנהגות החלבונים.

זו עלולה להיות בשורה רעה לכותבי ספרי הלימוד, אך בשורה טובה ליכולתנו להבין תאים חיים. "בסופו של דבר, אנחנו רוצים לקבל תמונה חדשה לגמרי של אופן פעילות התא", אומרת ד"ר שולדינר. "אנחנו רוצים שחוקרים יפסיקו לחפש מתחת לפנס של המודלים המקובלים, וירחיבו את הטווח כך שיכלול את כל האפשרויות".

חוקי התנועה

לאן בדיוק הולכים החלבונים המסתובבים ברחבי התא? מדענים המתעניינים בשאלה הזו יוכלו כעת לחפש את התשובה. ד"ר מאיה שולדינר ותלמידת המחקר מיכל ברקר יצרו באחרונה "אטלס" שימושי, המציג את השינויים במיקום חלבונים ובתפוצתם בתאי שמרים במצבי עקה. האטלס החדש – אליו תהיה גישה מקוונת – מציג עושר עצום של מידע חדש, והוא עתיד להיות כלי מחקר בעל חשיבות עבור מדענים רבים המשתמשים בתאי שמרים כמודל לפעולת התא החי.
ד"ר שולדינר ומיכל ברקר התחילו את עבודתן בסוג מיוחד של ספריות – ספריות זנים. ספריות מסוג זה מכילות זנים של שמרים שבהם נעשו שינויים גנטיים מסוימים. תאים של שמרי אפייה מכילים 6,000 גנים, שכל אחד מהם מקודד ליצירת חלבון. בכל אחד מה"כרכים" שבספריית הזנים הונחה "סימנייה" – באחד הגנים בתא השמרים נעשה שינוי גנטי, אשר מחבר את החלבון המיוצר ממנו לסמן פלואורסצנטי, הזורח באור ירוק תחת מיקרוסקופ מיוחד. במעבדה של ד"ר שולדינר, המצוידת במיכשור מיקרוסקופי אוטומטי מתקדם, אפשר לבחון בבת אחת את כל זני השמרים שבספרייה. קיימים סוגים נוספים של ספריות, כולל כאלה שבהן בכל "כרך" נמחק אחד הגנים. ערבוב וצירוף של ספריות שונות מאפשר ליצור הרכבים גנטיים חדשים. לאחר מכן מתבצעת סריקה אוטומטית של המערך כולו באמצעות רובוט, כדי לגלות אילו חלבונים מיוצרים בכל מצב ניסויי נתון ואיפה הם נמצאים בתא.

תא שמרים. איור: מיכל ברקר
תא שמרים. איור: מיכל ברקר

המערך הייחודי הזה איפשר לד"ר שולדינר ולמיכל ברקר לעקוב אחר תנועתם של חלבונים – אחת השאלות הגדולות בביולוגיה של התא. לדברי ד"ר שולדינר, מידע מדויק על תנועתם ועל מיקומם של חלבונים בתא יכול לסייע לענות על מספר שאלות מחקר חשובות: כמה מחלבוני התא הם ניידים? באילו תנאים הם נעים? כיצד משתמש התא בתנועת חלבונים כדי לשמור על בריאותו, ולהוסיף להתחלק במיגוון מצבים ותנאים?

באמצעות חשיפת ספריות תאי השמרים לתנאים שונים והעברתן דרך המערכת הרובוטית, הצליחו החוקרות לעקוב אחר התנועה של כל אחד מהחלבונים בתאי השמרים. התוצאה: מפה שלמה ומפורטת המתארת את נתיבי התנועה של החלבונים, וכן תיעוד של כמויות החלבונים השונים הנוצרות במצבים שונים.

מבט-על בנתונים חושף תמונה של מהומה מתמדת בתאים: בכל זמן נתון נמצאים מאות חלבונים בתנועה. אולם, הנתונים שהתקבלו בניסוי לגבי כמויות החלבונים היו מפתיעים: ברבים מהמחקרים הנערכים בימינו נקבעות רמות החלבונים באמצעות ניסויים אשר בודקים למעשה את כמות האר-אן-אי-שליח (המולקולה אשר נושאת את ההוראות הסופיות ליצירת חלבון) – מהלך דומה לשימוש בתוכניות הבנייה, במקום בבניינים האמיתיים, כדי למפות עיר. אולם תוכניות עשויות שלא לצאת אל הפועל, או, לחלופין, אפשר לעשות בתוכנית אחת שימושים חוזרים. מעקב אחר החלבונים עצמם גילה למדעניות, כי כמויות האר-אן-אי-שליח וכמויות החלבונים אינן תמיד תואמות זו לזו. ד"ר שולדינר: "מחקרים רבים כבר הראו בעבר, כי ייצור החלבונים מבוקר בדרכים רבות גם לאחר השלב בו מולקולת האר-אן-אי עוזבת את גרעין התא. הממצאים החדשים שלנו רומזים, כי שלבי הבקרה האחרונים עשויים להיות חשובים יותר משסברו בעבר בכל האמור בקביעת רמת החלבונים בתא".

האטלס המקוון מכונה Loqate LOcalization and Quantization Atlas of the yeast proteome. "האטלס יכול לשמש מדענים המעוניינים לחקור שאלות ספציפיות, כמו: אילו חלבונים מעורבים בפעילות תאית מסוימת? מתי והיכן הם פועלים?", אומרת ד"ר שולדינר. "בנוסף, מדענים המעוניינים לקבל תמונה ברורה יותר של החיים בתא באמצעות שילוב סוגים שונים של מידע ימצאו בו כלי עזר חיוני".

כוח חישוב

שיטות המחקר העכשוויות בתחום הביולוגיה המולקולרית קידמו אותה אל מעבר לא"ב של המחקר המדעי: העלאת השערה ובדיקתה באמצעות ניסוי. השימוש בציוד מהיר, בעל עוצמה, ואוטומטי לחלוטין, שבחלקו הגדול נבנה לפי צרכיה המיוחדים של ד"ר שולדינר, איפשר לה ולחברי קבוצתה לבחון את כל האפשרויות במקביל, ולמצות מהן מידע משמעותי. "בזכות הכלים האלה, המחקר משתחרר לחלוטין מהטיה", היא אומרת. "אם פעם התחלנו את העבודה בניחוש מושכל, לדוגמה, בהשערה שחלבון א' משפיע על חלבון ב', ולאחר מכן ניסינו להוכיח את ההשערה באמצעות ניסוי, עכשיו אנחנו יכולים לשאול 'אילו חלבונים מעורבים בפעילות של ב'?'. בזכות זה אנחנו עשויים לגלות שגם חלבונים ג', ד' ו-ה' משפיעים על חלבון א'. אם בעבר הקדיש תלמיד מחקר את כל עבודת המחקר שלו לבדיקת השערה מצומצמת, כיום הוא יכול לקבל תשובות לשאלות רחבות בתוך שבועות ספורים".

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

3 תגובות

  1. גם אם תהייה מצלמה כזו (דבר שמוטל בספק מסיבות של פיזיקת קוונטים ועקרון אי הוודאות), עדיין יהיה צורך במי שתפריד בין עשרות אלפי המולקולות, תמפה מאיפה ולאן הן "מטיילות", תצייר אטלסים לטובת חוקרים אחרים, תמיין בין תת המערכות בתא להן שייכות האינטראקציות השונות, תפרש את המשמעות הכללית של הפעולה, תאתר בעיות במערכת שגורמות למחלות, תיזום איתור מולקולות מתאימות לטיפול באותן בעיות, תבדוק את ההשערות באופן פעלת המולקולות הללו (שאפשר כעת לקרוא להן בשם המפורש "תרופה"), תוציא פטנט על המולקולה, תוציא אישור רגולטורי להשתמש בתרופה (ע"י FDA והחבר'ה) ו…יאללה, להעלות את התרופה לאינטרנט ולאפשר לאסמבלר האוניברסלי ליצר את התרופה לכל הנזקקים.

    בקיצור, טכנולוגיה חדשה זה נחמד, אבל צריך מי שיפעיל אותה.

  2. מעניין מה כל זה יהיה שווה בעתיד כשתהיה להם מצלמה שמסוגלת לצלם ולהקליט את כל מה שקורה בתוך התא עד לרמה אטומית.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן