פריצת דרך: קבוצת מדענים יצרה צורת חיים בסיסית

במשך שנים סיפקו הדנ"א ומערכות הפעלה של מחשבים קלישאות לתיאורים הדדים זו של זו. הדנ"א הוא "תוכנת ההפעלה" של תאים חיים באותו האופן שתוכנת ההפעלה היא "הדנ"א" של המחשב.

כפי שמראה מחקר שהחל לפני עשרים שנה, הבעיה בהשוואה זו היא שלביולוגים עדיין חסר המון ידע על הדנ"א, או הגנומים. זוהי נקודה מטרידה במיוחד לנוכח תעשיית המניפולציה הגנטית ההולכת ומתפתחת.

חלוץ המחקר הגנומי, קרייג ונטר - יחד עם יותר מעשרים קולגות - הינדסו מיקרוב חי שהגנום שלו פשוט יותר מכל גנום שנצפה בטבע. במילים אחרות, הם יצרו צורת חיים שפשטותה היחסית והעיצוב המודולרי שלה הופכות אותה לפלטפורמה שבה ניתן יהיה מתי שהוא בעתיד לבצע בקלות מניפולציות כמו בתוכנת מחשב. אם נתעלם מפחדינו מדמויות נמלטות בהתקף אמוק כמו בסרט בלייד ראנר, הרי שפריצת הדרך שנחשפה ביום ה' בכתב העת Science טומנת בחובה הבטחה לעידן חדש בתחומי הרפואה, התעשייה והאנרגיה.

"התאים האלה יכולים להיות בסיס מאוד מאוד שימושי ליישומים תעשייתיים רבים, החל מרפואה וכלה בתעשייה הביוכימית, בדלקים ביולוגיים, בתזונה ובחקלאות", אמר דן גיבסון, מדען בכיר במכון המחקר ונטר ובחברה שבה הוא עובד, סינתטיק גנומיקס (Synthetic Genomics). יעדו האולטימטיבי של הצוות הוא להבין את המבנה הגנומי הזעיר באופן שיאפשר לה להשתמש בו כבבסיס ביולוגי לאורגניזמים מורכבים יותר שיוכלו לתרום לפתרון בעיותיו הרבות של העולם. ברגע שתזוהה הפונקציה המהותית של כל גן, יוכלו מדענים לבנות מודל מחשב יעיל שלו. מנקודה זו יהיה ביכולתם לבצע סימולציה של האופן הטוב ביותר "להוסיף מסלולים לייצור מוצרים שימושיים", כתבו המדענים.

זה לא יהיה קל

בזה לא יהיה קל. ונטר הקדיש עשרים שנה לניסיונות להנדס גנום זעיר, וההישג הנוכחי מגלה בכמה עבודה יש צורך כדי לעשות זאת.

זה זמן רב שמדענים מחברים תיאוריות על מספר הגנים הנדרש ליצירת אורגניזם פשוט ובר-קיימא שבו ניתן יהיה להשתמש כתבנית אוניברסלית. מחקרים רבים ניסו לאמוד את המספר הקטן ביותר באמצעות אלימינציה של גנים ספציפיים. המחקרים הובילו למסקנה כי יש צורך ב-250-300 גנים. הבקטריה המקורית שעליה עבד הצוות של ונטר היתה זעירה מאוד מלכתחילה: M. mycoides נמצאת בקיבותיהן של פרות, ויש לה כ-985 גנים. בגנום האנושי יש יותר מ-20 אלף גנים . לתפוח עץ מסוג גולדן דלישס יש יותר מ-57 אלף גנים. ומה עם האורגניזם החדש, שאותו מכנים החוקרים Syn3.0? יש לו 473 גנים בלבד.

ב-2010 יצא הקדימון לתוצאות המתפרסמות כעת, כאשר הצוות הפך בקטריה אחרת ל-M. mycoides. הצוות חשב שיהיה צורך בשנה נוספת כדי להגיע לפריצת דרך בייצור אורגניזם בעל גנום מינימלי, אך במקום זאת היה צורך בחמש שנים נוספות כדי לקבוע לאילו גנים יזדקק האורגניזם. הפקת הלקחים לגבי האופן שבו פועלים יחד גנים שונים ארכה זמן רב במיוחד. גן מסוים עשוי להיראות לא-מהותי - עד שמסירים גן נלווה ומגלים שאותו הגן המסוים הוא מהותי. אחד מחברי הצוות השווה את התוצאה לאובדן אחד ממנועי בואינג 777: המטוס עדיין מסוגל לטוס אם לא מאבדים מנוע נוסף. מתברר כי היתירות היא מהותית להישרדות.

התוצאה המפתיעה ביותר של עבודת החוקרים - וייתכן כי מדובר גם בתוצאה שגרמה להתפכחות החריפה ביותר בתחום מדעי זה - היתה שהצוות עדיין אינו מבין מה תפקידם המהותי של 31% מהגנים באורגניזם הפשוט ביותר שקיים - שלא לדבר על הגנום האנושי. ונטר אמר כי התפתחות זו "תורמת מאוד לתחושת הענווה".

"קרוב לוודאי שאנחנו ברמת 1% של הבנת הגנום האנושי", אמר קלייד הצ'יסון, פרופסור במכון ונטר.

אך היעדר ידע זה אינו מפריע ליזמים. הביולוגיה הפכה לתחום "חם וכבד" מאז פותח כלי מולקולרי שמקל על עריכת גנים, לדברי הצ'יסון. ייתכן שמדענים יוכלו להסיר גנים מחוללי מחלות, או אף לקבוע את צבע העיניים של תינוק. הטכנולוגיה הזו מעוררת חרדה בקרב רבים בתוך ומחוץ לקהילת המחקר, החוששים כי ייעשה בה שימוש על הגנום האנושי לפני שיובנו במלואם השלכותיה, וכי לא ניתן יהיה לצפות את התוצאות.

קשה לאמוד את מספרם של כלים וטכנולוגיות כה מגוונים ככלים וכטכנולוגיות הכלולים במותג "ביולוגיה סינתטית", אך עשרות חברות סטארט-אפ כבר מפתחות ואף מוכרות מוצרים. בשנים 2008-2014 הוציאה ארה"ב 820 מיליון דולר על מחקר ביולוגיה סינתטית. מרבית הכסף שהושקע מ-2012 הגיע מ-DARPA (Defense Advanced Research project Agency), שמימנה חלקית את המחקר החדש.

גידול איברים

בהיעדר ידע פרקטי בסיסי על הדנ"א האנושי, עובדת סינתטיק גנומיקס על טכנולוגיות מבטיחות אחרות, החל מגידול איברים בחזירים להשתלה בבני אדם, וכלה בייצור משותף של מים נקיים ואנרגיה. החברה כבר ביססה את עצמה כמובילה בטכנולוגיית המעבדה המאפשרת סינתזה מהירה ומדויקת של דנ"א, לדברי ונטר.

למרות ההישג החדש של ונטר, עדיין יש כמה סיבות לכך שהישג זה לא יחולל טרנספורמציה מיידית בתחום הביולוגיה הסינתטית. כך הזהיר ג'ורג' צ'רץ', פרופסור לגנטיקה בבית הספר לרפואה של הרווארד. קודם כל, זה קשה. ייתכן שונטר יתקשה לשכנע חוקרים אחרים להתבסס על עבודתו - שיטה בדוקה לקידום תגליות. חוקרים אחרים כבר רשמו התקדמות בחקר הגנום של השמרים וחיידק האי קולי, אך המצאתה של טכנולוגיה קלה לשימוש לעריכת גנים עשויה לצמצם עוד יותר את כוח המשיכה של המלאכה הקשה של כתיבה מחדש של גנומים שלמים - כפי שעשה ונטר.

העובדה שכל כך הרבה שאלות עדיין לא נפתרו אינה גורעת מההישג שלו הקדיש צוות ונטר זמן כה רב, לדברי צ'רץ'. "זהו השיא שאליו הובילה עבודתם של עשרות אנשים, זה ראוי לכל שבח".