מדעני מכון ויצמן פיתחו שיטה שמאפשרת לבצע עשרות אלפי שינויים מכוונים בדי-אן-אי של תאים חיים ולמדוד את השפעתם

עד עכשיו, ביצוע שינוי מתוכנן ברצף הדי-אן-אי היה תהליך איטי ומייגע: אפשר היה לשנות בבת אחת רק מקטע אחד של הדי-אן-אי, דבר שנמשך מספר שבועות

יכולתנו לקרוא את הדי-אן-אי התקדמה בצעדי ענק בעשורים האחרונים, אך יכולתנו להבין את הצופן הגנטי ולשנותו, כלומר, לשכתב את ההוראות המקודדות בדי-אן-אי, נשארה מאחור. מחקר חדש של מכון ויצמן למדע מציע דרך להתקדם בפיצוח הצופן הגנטי בדרך של הכנסה יעילה של מקטעי די-אן-אי רבים, מתוכננים בקפידה, לתאים חיים, ומדידת השפעתם. המחקר התפרסם בגיליונות יוני של כתבי-העת המדעיים Nature Biotechnology ו- Nature Genetics.

עד עכשיו, ביצוע שינוי מתוכנן ברצף הדי-אן-אי היה תהליך איטי ומייגע: אפשר היה לשנות בבת אחת רק מקטע אחד של הדי-אן-אי, דבר שנמשך מספר שבועות. זמן נוסף נדרש כדי לבחון את תוצאותיו של כל שינוי. במחקר החדש, פיתחו מדעני מכון ויצמן למדע טכנולוגיה המאפשרת להכניס בעת ובעונה אחת עשרות אלפי מקטעי די-אן-אי שתוכננו בשיטתיות, לתוך עשרות אלפי תאים חיים, ולמדוד בניסוי יחיד ובדיוק רב את ההשלכות של כל אחד מהשינויים שהוכנסו.

“השיטה המהירה תקדם באופן משמעותי את יכולתנו להבין את ‘שפת’ הדי-אן-אי. קריאת גנום שלם של אדם הפכה למשימה מהירה למדי, אך מה בדיוק כתוב בגנום הזה? הרי הגנום נראה כמו רצף ארוך של אותיות שמשמעותן, לרוב, אינה ברורה”, אומר ראש צוות המחקר, פרופ’ ערן סגל מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית ומהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע. ” לקרוא את הדי-אן-אי בלבד, זה כמו לנסות ללמוד שפה זרה רק באמצעות האזנה לאנשים המדברים אותה. השיטה שלנו תעזור לנו לזהות מילים בשפת הדי-אן-אי, ולהבין את משמעותן”.

“הבנת הנקרא” של הדי-אן-אי יכולה, בין היתר, להסביר את פשר ההבדלים הגנטיים הזעירים בין אנשים שונים. כך אפשר יהיה להבין איזה הבדל אחראי להתחוללותן של מחלות שונות בבני-אדם מסוימים. השיטה עשויה גם להוביל לפיתוח טכניקות לריפוי גנטי, המתבססות על החדרת גנים חדשים או רצפי בקרה משודרגים, במטרה לתקן פגמים גנטיים.

במחקר הנוכחי, בדקו המדענים היבט חיוני של שפת הדי-אן-אי: איך מקודדת הבקרה על ביטוי גנים בדי-אן-אי, כלומר, כיצד כתובות ההוראות המכתיבות את עוצמת הפעילות של כל גן בצופן הגנטי. מכיוון שרמת הפעילות של הגן היא גורם מרכזי בתפקוד התא, שאלה זו נחקרת מזה עשרות שנים, ונחשבת לאחת המרכזיות בביולוגיה מולקולרית. השיטה איפשרה למדענים לבודד ולבדוק את השפעתם של גורמים שונים על רמת הפעילות של הגן. כך הצליחו ללמוד כיצד גורמים שונים מגדירים את “שפת הבקרה”, ואף להדגים כיצד בחירה מושכלת של שינויים ברצף משפיעה על הגורמים האלה בדרך שמאפשרת השגת רמות פעילות שונות של גנים.

השיטה החדשה מורכבת מארבעה שלבים המבוססים על שילוב חדשני של טכנולוגיות קיימות. השלבים הם: יצירת 50,000 רצפים גנטיים שונים בשבבי די-אן-אי, החדרה מאסיבית של הרצפים ל-50,000 תאים שונים בו זמנית, מיונם בעזרת מכשיר למיון תאים המסוגל לקרוא את רמת הגן ה”מדווח”, ופיענוח הרצף הגנטי באמצעות ריצוף מקביל בכמויות גדולות.

במחקר השתתפו תלמידי המחקר אילון שרון, טלי רווה-צדקה ומיכל לבוא, עוזרת המחקר ד”ר יעל קלמה ועמיתת המחקר ד”ר עדינה ויינברגר ממכון ויצמן למדע, וכן ד”ר זוהר יכיני מהטכניון ומ”מעבדות אג’ילנט” שבקליפורניה.