"עריכת גנים זה פאסה, סינתזה גנטית היא הדבר הבא"

בארה"ב מכנים אותו בתקשורת "בן דמותם של דארווין ואלוהים", וזה לא רק בגלל הזקן המרשים, שהוא מטפח עוד מהזמנים שבהם זה לא היה פופולרי, וגם לא בגלל הקול העמוק והסמכותי. פרופ' ג'ורג' צ'רץ' מאוניברסיטת הרווארד הוא הכוכב העליון של תחום הפענוח הגנטי והביולוגיה הסינתטית, השואפת ליצור חיים מאפס, על בסיס תכנון הדנ"א שלהם. הוא נחשב ממתק של ממש לחובבי המדע הפופולרי, משום שהוא מעלה רעיונות פורצי דרך וחתרניים, אך תמיד תומך בהן במיטב הסימוכין המדעיים.

כשצ'רץ' מציג בהרצאותיו את שקופית "ניגודי האינטרסים" שלו, הקהל גואה בצחוק, לא משום שיש משהו מצחיק בניגוד אינטרסים, אלא משום שצ'רץ' מעורב כמעט בכל חברה שפועלת בזירת הגנטיקה. הוא מייעץ ובעל תפקיד במאות חברות. בין היתר הוא שותף באחד הסטארט-אפים הבולטים במסחור טכנולוגיית ה-CRISPR לעריכת גנים פשוטה ומהירה ובסטארט-אפ שערך 62 גנים של עובר חזיר אחד באמצעות CRISPR, אבל בראיון ל"גלובס" הוא מספר שבמעבדה שלו עצמו, כבר עובדים על הדור הבא של טכנולוגיית ההנדסה הגנטית.

"היום אנחנו משתמשים בשיטה מתקדמת יותר", הוא מפתיע. "עריכה זה פאסה. סינתזה גנטית היא הדבר הבא. אנחנו רוצים ליצור רצפים ארוכים של גנים רצויים ולהוסיף אותם לתאים. אנחנו חוששים שחלק מהאפליקציות של ה-CRISPR לא ממש עורכות את התאים אלא בעיקר יוצרות בלגן. השיטה שלנו מאפשרת עריכה מדויקת יותר".

- רצפים גנטיים ארוכים? בניית יצורים מאפס? כל זה נשמע ממש מפחיד.

"מדוע? כי זה לא 'טבעי'? לבני אדם יש סיפור אהבה מוזר עם הרעיון הזה של 'טבעי', אף שאנחנו לא טבעיים מיסודנו. דווקא המחלות שלנו מאוד טבעיות. סוכרת וכולסטרול הן תגובה לחומרים הנמצאים בשפע בטבע. מחלות זיהומיות הן כולן ממקור טבעי וחלק גדול מסוגי הסרטן מקורם בגורמים טבעיים, אפילו מירקות ומבשר. אין שום דבר נאצל בפתרון טבעי".

אחד הפרויקטים שצ'רץ' עובד עליו כיום הוא הפיכת חיות משק בית לעמידות לווירוסים, אבל כדי להגיע לשם הוא קודם כול בונה מאפס חיידקים עמידים. הוא עושה זאת באמצעות שינוי מרכיבים בסיסיים בשפה שבה כתוב הדנ"א.

"וירוסים הם מאוד מגוונים, אבל מתברר שכולם תלויים במאכסן שלהם. כדי שהווירוס יוכל להתחבר למאכסן ולהתרבות בו, הדנ"א של המאכסן צריך להיות בנוי מארבע האותיות הגנטיות A, C, G ו-T. אנחנו בנינו בקטריה שחסרה בה אחת האותיות, ולכן הווירוס אינו יכול להתחבר אליה. כיום כבר משתמשים בה בתעשייה". חיידקים משמשים בתעשייה לייצור של אלכוהול, יוגורט וגם תרופות. כדי לייצר את הבקטריה העמידה בפני וירוסים היה צריך ליצור בה עשרות אלפי שינויים גנטיים במקביל.

"בהמשך אנחנו נשתמש ביכולות הללו כדי ליצור חיות משק לחקלאות", מבטיח צ'רץ'. "למשל חזיר שלא יכול להידבק בווירוסים, ובהמשך נייצר תאי אדם עמידים, למשל לתעשיית הביוטכנולוגיה. נוכל להגן על החיות ועל תאי האדם מכל וירוס, כולל כאלה שאנחנו לא מכירים". מה עם בני אדם עמידים לווירוסים? זה כבר קצת קשה יותר לייצר, מודה צ'רץ'.

- אפשר לייצר חיה שלמה בלי אחד הקודונים?

"יש מגוון דרכים לקודד חומצות אמינו שונות. כשאתה רואה קוד גנטי AGA, אתה יכול להחליף אותו ל-CGA, ולא יקרה כלום למעשה, זה יהיה אותו חזיר בריא אבל הווירוס לא יוכל להתרבות בו".

- אתה לא חושש?

"אנחנו נהיה הראשונים שנשים לב אם משהו ישתבש, הראשונים שנזהיר. אבל זה נראה הרבה יותר בטוח מהאלטרנטיבה שיש היום - השתלת איברים שיש בהם מחלות".

להחזיר את הממותה לחיים

בעבר אמר צ'רץ' שהוא אינו רואה חסם מדעי בפני החזרה לחיים של האדם הניאנדרטלי, שכן יש בידינו מידע על הגנום שלו, ועוד בימי חיינו נוכל באמצעות הביולוגיה הסינתטית לבנות כל יצור שבעולם שהקוד הגנטי שלו נמצא בידינו. אולם בשלב הזה אין שום תוכנית קונקרטית להחייאת בני אדם ניאנדרטליים. תוכנית להחייאת ממותות דווקא יש.

צ'רץ' עומד היום בראש התוכנית הזו, שמובילה אוניברסיטת הרווארד. החייאת הממותות היא רק אחד המיזמים בפרויקט Revive and Restore להצלת חיות שכבר נכחדו. פרויקט הממותה כשמו כן הוא - תוכנית להחזיר לחיים (באופן חלקי) את הממותה שנכחדה לפני כעשרת אלפים שנה. "הרעיון אינו לבנות העתק מושלם שלה", אומר צ'רץ', "אלא לשלב חלק מהגנום של הממותה בפילים של היום".

השבה חלקית של תכונות הממותה אינה למטרות בידור בלבד. המיזם הזה נועד לפתור בעיה שיצר שינוי האקלים באזור הטונדרה האסיאתית. האזור הזה ננטש על ידי הזנים רועי העשב, כמו ממותות, פילים, אנטלופות, איילים ועוד, ובעקבותיהם נעלם גם העשב ובמקומו צמחו עצים. בהיעדר עשב מבודד, נמס הקרח על האדמה ומשחרר לאוויר גזי חממה. אם יחזרו מינים רועים לאזור, ישוב איתם גם העשב - כך לפחות על פי התיאוריה.

המטרה של פרויקט הממותה, אומר צ'רץ', היא ליצור מין חיה שיכולה לעמוד באקלים הקר הזה: פילים אסיאתיים שישולבו בהם גנים של ממותות יהפכו לפילים עמידים יותר בפני קור. ברגע שהפילים הללו יחלו לרעות בטונדרה, הם יאכלו את העצים הצעירים לפני צמיחתם ויפזרו חומרים מזינים שונים שיעודדו צמיחה מחודשת של העשב ויאפשרו את חזרתם של מינים נוספים לאזור.

מעבר לכך, בתוך הגנום של הממותה אגור מידע רב, למשל לגבי ההמוגלובין שלה, שיכול להועיל בטיפול במחלות של בני אדם. "לא ניתן יהיה לחקור את השפעת הגנים הייחודיים הללו בלי לייחס את פעולת הגן לתופעה שהוא גורם לה ביצור חי", הוא מסביר. לשם כך דרוש יצור חי המבטא את התכונות הללו, כלומר ממותה, או לפחות פיל משודרג.

נשמע מוזר? ובכן, חברי המיזם כבר החלו לערוך גנטית תאים של פילים כדי להוציא לפועל את התוכנית, אך העבודה היא עדיין ברמת התאים הבודדים. צ'רץ' מזהיר שהמאמרים המדעיים טרם פורסמו והעבודה עוד רבה. בעבר אמר כי בעוד כשנתיים תתקבל החלטה אם לנסות לעבור לשלב הניסויים בבעלי חיים, כלומר אם לנסות לגדל תאי עובר של פיל מהונדס הכולל גנים של ממותה. בכלי תקשורת מסוימים הבינו מכך שהפיל-מותה יהיה כאן בתוך שנתיים, אך לוחות הזמנים בפועל הם כנראה ארוכים יותר.

המשימה: לדחות את הזיקנה

מי שיכול להחזיר לחיים ממותות, סביר שיהגה באפשרות למנוע את הכחדתו שלו, ואכן צ'רץ' עוסק גם במניעת ההזדקנות. "הזדקנות אינה נחשבת מחלה ואריכות חיים אינה מטרה שה-FDA, רשות התרופות והמזון האמריקאית, מוכנה לאשר תרופות עבורה. אנחנו גם לא מעוניינים לכבול את עצמנו למחקר ארוך הטווח שדרוש כדי להראות הארכת חיים במבוגרים. לכן אנחנו מתמקדים בתחום של השבת תחושת הנעורים", הוא מסביר.

"זיהינו 100 גנים המעורבים בהזדקנות באמצעות השוואה בין זבובים שחיים זמן רב לזבובים שחיים פחות, או השוואת החולד לעכברוש, שכן הם דומים אך תוחלת החיים של החולד ארוכה הרבה יותר, וכן הלאה. אנחנו משווים גנים גם בני אדם שחיו עד גיל מאה לבני אדם שנפטרו בגיל צעיר יותר. בהמשך, הכוונה היא לבצע תרפיה גנטית, תחילה בבעלי חיים ואחר כך בבני אדם, ולהשתיל למשל את הגנים הייחודיים של החולד בעכברוש ולראות אם הטיפול מאריך את חייו. אם ניתן יהיה להסב את הטכנולוגיה הזאת לבני אדם, המטרה תהיה תחילה למנוע מחלות המזוהות עם הזדקנות, ואחר כך לדחות את ההזדקנות כולה. בינתיים, זיהינו ש-100 הגנים המניעים הזדקנות, קשורים לתשעה מנגנונים ביולוגיים שונים. אולי נוכל להגדיר כל מנגנון כזה כ'מחלת הזדקנות' לצורכי ה-FDA, אולם המטרה בסופו של דבר היא לשנות את כולן יחד".

- לכתוב ספר בדנ"א: בשורה לארכיונים?

"משנת 1997 אני עובד על הנושא של קריאה וכתיבה של דנ"א", מספר פרופ' ג'ורג' צ'רץ'. "קידדתי ספר שלי בדנ"א ואחר כך קידדנו תמונה וכמה סרטים באיכות גבוהה". צ'רץ' לא רק קידד את הספר, הוא העתיק אותו 70 מיליון פעם, וכל העותקים יחד תופסים מקום קטן יותר מאצבע.

- מה היתרון בקידוד דנ"א?

"הוא הרבה יותר קומפקטי מכל שיטת אגירת מידע אחרת, הרבה יותר זול לשכפול ומחזיק 700 אלף שנה בתנאי חום וקור קיצוניים. אין צורך בחוות שרתים ממוזגת".

- איך קוראים את הטקסט?

"מדפיסים אותו במדפסת מיוחדת וקוראים אותו עם תג פלואורסנטי. שתי חברות כבר עובדות על מסחור של זה. זאת שיטה מעולה לשמור מידע בארכיונים, כי בארכיון חשוב שהמידע יישמר לאורך זמן ובזול, יותר מאשר קלות הנגישות והקריאה. כך גם לגבי תחום מצלמות האבטחה - עלינו לשמור המון מידע באופן זול וקומפקטי, ולהגיע לקריאה רק של חלק קטן ממנו. יעיל מאוד לעשות זאת באמצעות דנ"א, כל עוד אתה יכול לחפש מידע בקלות".

- יש גם חיסרון לשיטה הזאת, והוא שהכתיבה והקריאה איטיות יחסית לעומת אגירה אלקטרונית.

פרויקט אחר של צ'רץ' הוא מיפוי הקורטקס החזותי האנושי (החלק במוח האחראי על עיבוד תמונות וגירויים חזותיים) והדמיה שלו, במטרה לשפר את יכולות זיהוי התמונה. "אנחנו גם רוצים להבין את המבנה של הקורטקס החזותי וגם את הקישוריות בין העצבים השונים. המצאנו טכנולוגיה שמאפשרת לנו לדעת מה קורה בתוך כל תא ותא, כך שיש לנו מעין 'ברקוד' של כל מולקולה בכל חתיכה של כל רקמה של המוח, ואנחנו עוקבים אחרי כל מולקולה בכל תא ותא.

"אחרי שנלמד את המוח ברמה כזאת, ננסה לבנות מודל שלו. לא נמדל את כולו, כי זה לא מאוד יעיל, אלא נבצע הפשטה שלו, במטרה להפיק מכונה בעלת יכולות זיהוי תמונה טובות מאשר היום".

- מהם ההבדלים העיקריים בין מכונה לזיהוי תמונה לבין המוח?

"אנחנו לא יודעים. מה שכן ידוע לנו זה שילד יכול למצוא את אמא שלו בהמון בקלות כמעט בכל גיל ואילו מכונות מתוחכמות אינן יודעות לעשות זאת".

בטכנולוגיה של מידול תאי המוח השתמשו במעבדתו של צ'רץ' גם למחקר בתחום הסרטן. "בתוך וסביב הגידול הסרטני יש תאים שעושים דברים שונים", הוא מסביר, "יש תאי דלקת ויש תאים היוצרים את המבנה התלת-ממדי של הסרטן. אנחנו מסוגלים היום לתת את המידע על כל מה שהתא עושה, והיכולת הזאת מבוססת על התקדמות טכנולוגית בקריאה ובכתיבה של דנ"א. זה הבסיס של מה שאנחנו עושים במעבדה".