“חקרנו כיצד החיידק של היוגורט מגן על עצמו מפני וירוסים, לא תכננו מראש לפתח מערכת לעריכת גנים”

כך אומר בראיון לאתר הידען פרופ’ וירגיניוס שיקשיניס, אחד המדענים הראשונים שבודדו את Crispr/Cas9 ממערכת החיסון של חיידק היוגורט והפך אותו לכלי לעריכת גנים שעומד להפוך על פניהן את מערכות הבריאות והחקלאות. הראיון התקיים במהלך כנס LIFE SCIENCES BALTICS 2016

וירגיניוס שיקשיניס (Virginijus Siksnys) הוא ביולוג מולקולרי באוניברסיטת וילנה בליטא. הוא החל להתעניין בקריספר ב-2007, כאשר המדענים בקבוצה שבראשה עמד, שעבדו עם חיידק היוגורט, הבחינו לראשונה בתיקונים המוזרים ב-DNA של החיידקים במקבצים קצרים שחזרו על עצמם באופן קבוע – אותן חזרות שנתנו ל-CRISPR את שמו הם למעשה חלק ממערכת חיסון עתיקה של חיידק שנועדה להילחם בוירוסים. קטעי ה-DNA בין החזרות היו רצפים של הוירוס, שסימנו למעשה את הפתוגנים כדי שהחיידק יוכל להילחם בהם. לחיידק יש חלבונים הקשורים לקריספר Crispr-associated proteins – ה-CAS שב-CAS9, שנראה שהם נעזרים במקטעים הללו כדי לחתוך את החומר הגנטי של הוירוס הפולש.”

פרופ’ שיקשיניס היה מטבע הדברים אחד מאורחי הכבוד בכנס Life Sciences Baltics שהתקיים לפני כשבועיים בוילנה, בירת ליטא, ובה גם התקיים הראיון הזה לאתר הידען.

“במעבדה שלי לא ידענו איך להכין גבינה או יוגורט, אך ידענו כיצד לעבוד עם אי.קולי” אומר שיקשיניס בהרצאה שנשא במליאת כנס LIFE SCIENCES Baltics לכן לקחנו את רצפי ה- Crispr וה-CAS מחיידק היוגורט והדבקנו אותם לתאי אי.קולי, דבר שהפך את החיידק עמיד בפני כמה סוגי וירוסים. באי קולי ניתן היה למחוק את גני ה-CAS אחד אחרי השני ובשנת 2012 זיהה שיקשיניס כי אחד החלבונים הללו CAS9 אחראי לבדו על גזירת ה-DNA. ”

“למעשה כל יצור חי ניתן לעריכה, ובמקרה, רק מספר ימים לפני הראיון, הודיע משרד החקלאות האמריקני כי צמחים או בעלי חיים המשמשים בחקלאות, ואשר טופלו באמצעות Crispr/Cas9 אינם נחשבים למהונדסים גנטית משום שלא הוכנס להם DNA זר. לדברי פרופ’ שיקשיניס, בשיחה עם אתר הידען נותר עדיין לראות האם ההכרה הזו תוביל לשימוש נרחב, וכי עדיין יהיו מספיק מתנגדים שיהיה קשה לשכנע אותם. ”

“Crispr/Cas9 הוא כלי המשמש למעשה זוג מספרים מולקולריות לעריכת DNA. הוא כה מדויק וקל לשימוש ולכן תפס את עולם הביולוגיה בסערה. מאות אם לא אלפי מעבדות משתמשות כעת ב- Crispr/Cas9 לכל דבר, החל מפיתוח חזירים בעלי שרירי על, דרך להוצאת הגנים של HIV מהתאים הנגועים ועד לגידול קופים טרנסגניים לצורך ניסויים במדעי העצב. ”

כפי שציין פרופ’ שיקשיניס בהרצאתו, הוא עומד על כתפי ענקים, כאשר תיאר את כל ההתפתחות של התגלית שבגרסאותיה הראשונות עדיין לא חשפה את ההבטחה הטמונה בכלי. התגלית לא הגיע מהברקה של גאון אחד אלא מעבודה הדרגתית של גוף מחקר שלם. ”

“במאי 2012 שנה הם הגישו מאמר המפרט כיצד בדיוק CAS9 חותך DNA לכתב העת PNAS. עורכי ביקורת העמיתים החזירו את המאמר שוב ושוב ושאלו שאלות נוספות. הבעיה, שבזמן שלקח תהליך ביקורת העמיתים הגישו קבוצה אמריקנית גרמנית (דודנה ושדרפנטייר) מאמר דומה לכתב העת סיינס שהתפרסם הרבה יותר מהר (ההבדל העיקרי הוא שהשניים בניגוד לשיקישינס הראו כיצד שני חלקים של ה-RNA ש-CAS9 זקוק לפועלותו יכולים להתחבר למקטע כימרי). מאמרו של שיקשיניס וקבוצתו התפרסם שנית ולא זכה לכל התהילה. גם קבוצה שלישית – ז’אנג וצ’רץ מהאווארד פירסמו מאמר בפברואר 2013 המראה כיצד Crispr/Cas9 משנה DNA של תאי אדם בתרבית. ”

“לדברי פרופ’ שיקשיניס, המאמר גם הוגש לשני כתבי עת אחרים CELL ו-CELL REPORTS אך הם שחו אותו ואז הם עברו ל-PNAS, דבר שעלה להם בעיכוב ובתהילת המגלים.”

“בראיון לאתר הידען הוא מסביר: “הרקע שלי הוא בכימיה ואז עברתי למחקר בביוכימיה. היה חשוב לי להבין איך זה עובד במבחנה מהבחינה הכימית, כיצד CAS9 פועל. בשלב ראשון בודדנו את החלבונים וחקרנו את החומרים המתחברים לחלבונים אלה. החלטנו שלא מספיק לעשות ניסויים גנטיים וצריך לגשת לסוגיה מהזווית הביוכימית – להפיק חלבונים מהתא ולהראות כיצד החלבונים פועלים. כשלמדנו כיצד הם פועלים, הבנו שיש לנו בידיים מערכת חזקה.”

“זו היתה תגלית שנבעה מחיפוש אחר מענה לשאלות בסיסיות. המטרה הראשונת שלנו לא היתה לגלות מערכת לעריכת גנים אלא לגלות כיצד החיידקים מגינים על עצמם כנגד וירוסים, ואז מצאנו את CAS9, המגן על החיידק והבנו כיצד הוא עובד. ואז הבנו כיצד לתכנת אותו מחדש בקלות. עבדתי עם Restriction Enzime אנזימים שקוטעים DNA שנים רבות לפני CRISPR והם עושים את אותה פעולה כמו CAS9 אם כי באמצעות מנגנונים אחרים, ואולם הם היו קשים לתכנות. עזבתי את כל שאר האנזימים הקוטעים ועברתי לעבוד עם CAS9. למרבה האבסורד עכשיו חזרתי לעבוד עם כמה מהם. אני בודק כיצד מערכות CRISPR אחרות עובדות, בתקווה שהבנה זו תביא אותנו לפיתוח כלים ויישומים חדשים שאולי קשים לביצוע על ידי CAS9. במילים אחרות, חזרתי למדע הבסיסי.”

מה באמת אתה עושה כיום?
אני פועל כחלק מצוות בינלאומי של אוניברסיטאות ממערב אירופה, מאוקראינה ושלוש אוניברסיטאות בליטא – אוני’ וילנה, אני’ קובנה ובית הספר למדעי הרפואה בקובנה שעוסק בתחום ההזדקנות, ובפרט את המוטציות הגנטיות הגורמות למה שאנו מכנים מחלות זקנה. אני עוסק במדע הבסיסי, יש בצוות גם רופאים שמחפשים יישומים מהירים יותר, בין היתר, באמצעות CRISPER/CAS9.

מה דעתך על השימוש שעושים ביו האקרים בערכות CRISPR?
פרופ’ שיקשיניס”: “תלוי מה הם עושים איתם. אני תמיד בעד הרחבת העיסוק המדעי מחוץ למעבדות.”

האם השיטה תביא לסופן של המחלות הגנטיות?
“בשלב ראשון השיטה תהיה טובה למחלות הקשורות למוטציות בגן בודד, ואולם למרבה הצער, מחלות רבות נגרמות בשל מוטציות בגנים רבים ולכן יהיה צורך לערוך את הגנום בהרבה מקומות וזה יהיה קשה. ”

האם אין פה משחק באלוהים?
“CRISPER/CAS9 הוא כלי שפותח מיליוני אפשרויות. בשלב מסויים מפסיקים לחשוב על הקווים האדומים הללו. אף אחד לא יתנגד לתיקון מוטציות הגורמות למחלות מסוכנות. לעומת זאת, יהיו יישומים שיוגבלו על ידי האתיקה. למשל השבחה גנטית. זה יהיה אפשרי אבל אני לא חושב שזו הדרך הנכונה ללכת בה. ”

פרופ’ שיקשיניס, שיכול היום לעבוד ולחקור היכן שירצה ברחבי העולם אומר כי הוא מעדיף להישאר בוילה, במיוחד לאור ההשקעה העצומה במרכז המשולב למדעי החיים, כפי שתיארתי ברשמי הביקור שם בכתבה גן העדן של חוקרי מדעי החיים.