עכברים תפסו מחלת-ים - דינה צפרירי

 

בסוף 2002 הובאה ספינת הטיולים דיסני מג׳יק לניקיון יסודי אחרי שחלו בה 275 נוסעים במחלת ים, הקאות ושלשולים. הספינה הפליגה מחדש לשיט בן שבוע וכבר למחרת הפכה לבית חולים צף כשל־104 הנוסעים שחלו נוספו 19 חברי הצוות שלקו אף הם במחלת המעיים.

במרכז למניעה ובקרה של מחלות זוהה נגיף שהשבית את הנופש הנכסף לנוסעים כה רבים, והתברר כי הוא נמנה עם קבוצת נגיפי הנורווק (Norwalk), שקרויים כך על שם בית הספר באוהיו בו פרצה מגיפה. נגיפים אלה מהווים את המקור הנפוץ ביותר של זיהומים במזון וגורמים לכ-23 מיליון איש לחלות בשנה, מהם מתים בארה״ב כ-300 בני אדם.

מבנה תלת-מימדי של נגיף נורווק (נורו) 
CDC/ Jessica A. Allen

לא הרבה ידוע על נגיף זה, אך לאחרונה זוהה בעכברים - על-ידי צוות מבית ספר לרפואה באוניברסיטת וושינגטון שבסנט-לואיס (במדינת מיסורי) בראשות הרברט וירג׳ין (Virgin) - נגיף הנמנה עם אותה משפחה. גילוי הווירוס 1-murine norovirus 1) MNV) עורר התרגשות גדולה מאחר שדרכו מקווים ללמוד על בני דודיו, נגיפי האדם. הנגיף העכברי התגלה בזן של עכברים חסרי מערכת חיסון וכל העכברים שנדבקו מתו.

כדי לבדוק אילו מרכיבים של המערכת החיסונית דרושים כדי להילחם בנגיף, הינדסו המדענים שני סוגי עכברים. עם הסוג האחד נמנו אלה שהכילו תאי-T ותאי-B מפרישי נוגדנים. מרכיבים אלה מזהים את החלבונים הפולשים ויוצרים נגדם תגובה ייחודית, מספר ימים לאחר ההדבקה; זוהי המערכת ההסתגלותית (adaptive). עם הסוג השני נמנו אלה שהכילו רק את מרכיבי מערכת החיסון שאינם ייחודיים, אלה התוקפים מייד עם ההדבקה את התאים הפגועים והורגים אותם בכוחות עצמם, או על-ידי כך שהם גורמים לתאים להפריש חומרים אנטי-נגיפיים, כמו אינטרפרון; זוהי המערכת המולדת (innate).

הסתבר שרק עכברים מהסוג השני - בעלי המערכת המולדת — נשארו בחיים ואילו עכברים בעלי המערכת ההסתגלותית שחסרו את המערכת המולדת, כמו גם עכברים נעדרי שתי המערכות, חלו ומתו. עובדה זו הפתיעה את המדענים, מכיוון שנגיף ההרפס ורוב הנגיפים המוכרים האחרים הורגים עכברים חסרי מערכת הסתגלותית. לעומת זאת התברר מדוע בני אדם אינם מתחסנים מפני הנגיף. את הנגיף שבודד מאדם אי-אפשר לגדל בחיות מעבדה ולצורכי מחקר משתמשים במתנדבים.

גם בשנת 2003 ממשיך הנגיף לתקוף טיולי שייט, למרות חיטוי הספינות. 

פורסם ב"גליליאו" 55, מרץ 2003

נוגדנים למחלת הפרה המשוגעת? - דינה צפרירי

 

פריונים (prions) הם חלבונים שנמצאים במוח ושעלולים להופיע — או להפוך - בצורה פגומה הגורמת יצירת תצמיד של חלבונים פגועים, וכך הופכים להיות גורמי מחלות קטלניות שהורסות את המוח. הם גם גורמי מחלה מדבקים - כשחלבון פגוע ״פוגש״ חלבון תקין הוא משנה את מבנהו למבנה המסוכן (וראו: גביזון וטרבולוס - ״חידת הפריונים״; מרית סלוין - ״הפריונים המתעתעים״; אביב שחק - ״מי משוגע?״).

אחת ממחלות הפריונים המפורסמות היא מחלת הפרה המשוגעת שפוגעת בבקר. אך הצורה הנפוצה ביותר בבעלי חיים היא ״גרד הכבשים״, סקרפי (scrapie), שפוגעת במוחות כבשים ועיזים וגורמת חוסר קואורדינציה עד כדי חוסר יכולת לעמוד. היא גם גורמת גירוד עז, עד כדי מריטת הצמר ומכאן שמה (to scrape off). עדויות מצביעות על כי אדם יכול להידבק על-ידי אכילת מוחות בקר וצאן נגועים.

כבשה עם סקרפי
תמונה - USDA

מחלת הפריונים קורו היתה מוכרת בשבטים קניבליים בפפואה-ניו-גיני, שנהגו לאות כבוד לאכול את מוח האדם המת. עם הפסקת המנהג נעלמה המחלה. כיום מוכרת - ומעוררת פחד - מחלת קרויצפלד-יעקוב (Creutzfeldt-Jakob), שבכ-15% מן המקרים היא תורשתית. למחלות הפריונים אין תרופה.

העניין עלה לאחרונה לכותרות בשל ניסוי מוצלח שנעשה בעכברים חולים בסקרפי. לעכברים הוזרקו נוגדנים שנקשרים בזיקה גבוהה לחלבונים התקינים ומונעים מהם להפוך לצורה שמחוללת את הנזק. העכברים היו חולים במשך שלושים יום לפני ההזרקה, כאשר עוד לא הופיעו סממנים של המחלה, אבל בשעה שהפריונים כבר הדביקו בפראות את המולקולות התקינות. עכברים אלה נשארו בריאים לפחות שנתיים לעומת עכברי הביקורת שלהם לא הוזרקו הנוגדנים, שמתו אחרי שבעה חודשים.

זהו למעשה הטיפול הראשון שהראה תוצאת מבטיחות בבעלי-חיים, ולדברי החוקר סיימון הוק (Hawke) מהקולג׳ המלכותי בלונדון, זוהי קפיצה אדירה בכל הנוגע לטיפולים במחלות הנגרמות על-ידי פריונים. לפני שאפשר יהיה לעבור לטיפול בבני-אדם, יש ״להאניש״ את הנוגדנים העכבריים כך שלא יידחו על-ידי גוף האדם. הוק מקווה שניסויים אלה יעודדו מחדש את הניסיונות לטפל בעזרת נוגדנים במחלת אלצהיימר, שנובעת אף היא מחלבונים פגומים במוח, ניסיונות שלא עלו יפה מכיוון שגרמו לדלקות במוח. 

פורסם ב"גליליאו" 55, מרץ 2003

ה-DNA אחוז תזזית - דינה צפרירי

 

50 שנה מלאו להצגתו של מודל ה-DNA  בידי וטסון  וקריק. בניגוד לדעתם המקורית, לא הכול גלום ברצף רכיבי המולקולה

בדיוק בחודש זה לפני חמישים שנה, ב-1953, הציגו ג׳יימס ווטסון (Watson) ופרנסיס קריק (Crick) את מודל ה-DNA הדו-גדילי, המוכר לכולנו. ווטסון מספר בספרו המרתק ״הסליל הכפול״ שברגע שראה, בכנס בנאפולי בשנת 1951, את תמונת השתברות קרני-X של DNA שעבר קריסטלוגרפיה הבין שהמבנה של מולקולת ה-DNA הוא מבנה מסודר ובר-פיענוח, והשתוקק ללמוד את הכימיה של המולקולה. באותה תקופה, באוניברסיטת קיימברידג׳, פגש את פרנסיס קריק שהיה נלהב כמוהו בעניין ה-DNA ובניגוד לכל המדענים שסביבם שהיו עסוקים בפיענוח מבנם של החלבונים, סבר גם הוא שמולקולת ה-DNA חשובה יותר מהחלבונים.

לאחר שפיענחו את המבנה הסלילי הדו-גדילי של מולקולת ה-DNA ניסו השניים לפתור את חידת התצרף ולשבץ את ארבעת הבסיסים החנקניים המשמשים אבני בניין במולקולה כך שיוכלו להשתבץ במבנה הסליל הדו-גדילי, אותו הסיקו מתמונת השתברות קרני ה-X. היה ברור שהשלד החיצוני בנוי מיחידות מתחלפות של סוכר וזרחה (פוספט) הקשורים בקשר כימי חזק כשהבסיסים החנקניים הטבעתיים - אדנין (A) וגואנין (G) הגדולים יותר; ציטוזין (C) ותימין (T) הקטנים יותר - פונים זה מול זה כלפי פנים. היה זה ווטסון ש״שיחק״ בוקר אחד על שולחנו ביחידות הלגו של הבסיסים שיוצרו לבקשתו, בניסיונותיו למצוא את זוגות הבסיסים החנקניים בסליל, כשלפתע ראה שכאשר אדנין ותימין (A-T) קשורים ביניהם בשני קשרי מימן מתקבלת צורה הזהה לזו של הזוג גואנין-ציטוזין (G-C) כשהם קשורים לפחות בשני קשרים מימניים או שלושה, כך שתמיד נמצא בסיס חנקני גדול מול בסיס חנקני קטן, עובדה שתאמה את המימצא שסכום הבסיסים (A+G) שווה לסכום הבסיסים (C+T). כשהסתבר שזוגות אלה מתאימים למודל המוצע וגם הנתונים מהשתברות קרני תומכים בו, פוענח המבנה.

Zephyris, Wikimedia commons

ריקוד ה-DNA

חמישים שנה לאחר הצגת המודל מתנגדים מדענים רבים לרעיון, שרווח תחילה, שה-DNA הוא מבנה תלת-מימדי קשיח ונייח, שרק רצף הבסיסים שלו מכיל את כל המידע. המעקב אחר התנהגותו של ה-DNA בתא החי התאפשר הודות לשיטות חדישות שפותחו ועדיין נמצאות בפיתוח. התמונה שמצטיירת כיום היא של-DNA יש חיים תוססים משלו בתוך המסגרת התלת-מימדית וגם במימד הזמן. מסתבר שה-DNA משנה את צורתו מצורת הסליל הדו-גדילי לצורות שונות אחרות ושוזר את עצמו לקישורים שונים ומורכבים - תכונה שיוחסה עד אז רק ל-RNA - גם כשהוא מתקפל ודוחס את עצמו לתוך הכרומוזום. גם הכרומוזום יוצר קשרים קצרי מועד עם חלבונים שונים תוך כדי תנועה מתמדת.

ואף זאת: גרעין התא, שנחשב לנייח בהשוואה לציטופלסמה שסביבו, התגלה כמלא חיים בפני עצמו. הסברה שרווחה עד היום בקרב מספר מדענים היא שתנועות ה-DNA הן בעלות חשיבות שאינה פחותה מזו של הרצף עצמו, בכל הנוגע להחלטות אילו גנים יופעלו ואילו יושתקו. יש הוכחות לכך שליקוי בקואורדינציה של ה״ריקוד״ שמתחולל בין ה-DNA לחלבונים גורם למספר מחלות באדם. כך שלמרות שחלף חצי יובל מאז הופעת הבכורה של המולקולה, רק עכשיו מתחילים להבין את פעולתה במימדים הנוספים של תנועה בזמן ובמרחב.

DNA איטר

החריגה הראשונה מהמבנה הקלאסי של הסליל התגלתה על-ידי אלכסנדר ריץ׳ (Rich), מ-MIT בשנת 1979. ה-DNA שהתגלה אמנם שכן במסגרת הסליל הדו-גדילי, אבל הוא היה ״איטר״ - מסובב לשמאל. צורה זו מכונה Z-DNA, על שום צורת הזיג-זג שנוצרת. רק בשנת 1995 פרסמו ריץ׳ ועמיתיו את תגליתם על התפקיד הביולוגי הראשון שנמצא למולקולה ה״שמאלית״,  של ה-Z-DNA.

קבוצת המדענים זיהתה אנזים שידוע כקשור ב״עריכה״ של המסר הגנטי ונקשר בזיקה גבוהה לצורת ה-Z-DNA. אנזים זה, אדנוזין דאמינז, מכיל RNA דו-גדילי, והוא הופך במקומות מתאימים את האדנין לגואנין ב-RNA-שליח, שינוי שגורם לשינוי בחומצת האמינו המוצבת בחלבון. אחד החלבונים שעובר ״עריכה״ כזו על-ידי האנזים הוא חלבון המרכיב תעלת יונים במערכת העצבים המרכזית וההחלפה חשובה לספציפיות הפיזיולוגית של התגובה. המבנה הסלילי השמאלי פחות יציב מהסליל הימני ודורש השקעת אנרגיה. אנרגיה זו מתקבלת מהאנזים שמשעתק את ה-DNA ל-RNA ולפיכך צורת ה-Z-DNA מאפשרת ל-RNA לעבור עריכה במקומות הנחוצים רק בעת שהוא משועתק בפועל.

בשנת 2001 הראה צוות מדענים בראשותו של קג׳י זאהו (Zaho) שחלק מהרצף של גנים הקשורים בבקרה של המערכת החיסונית חייב לעבור לצורת Z-DNA על מנת שהגן יוכל להשתפעל. כיום סבורים שקיימים בגנום האנושי כ-100,000 קטעים שעוברים באופן זמני לצורת Z-DNA כדי לשפעל גנים כך שיהיו יותר נגישים לחלבונים גורמי שיעתוק המזרזים את פעילותם. לאחרונה העלה ריץ׳ את הסברה שנגיף האבעבועות השחורות תוקף באופן ייחודי את צורות ה-Z-DNA.

DNA מרובע

צורה שונה לגמרי מהמבנה הסלילי הדו-גדילי של ה-DNA התגלתה לראשונה בטלומרים, שהם קטעים הנמצאים בקצות הכרומוזומים. עד לא מכבר חשבו שהטלומרים חשובים לשמירת קצות הכרומוזומים מפגיעה בעת חלוקת התא. והנה מתברר שלטלומרים ולחלבונים הנקשרים אליהם תפקיד חשוב בבקרה על מחזור התא, קביעת אורך חיי התא והשתקת גנים. אחרי כמאה חלוקות-תא מתחילים הטלומרים להתקצר בכל חלוקת תא נוספת עד שהם נעשים כה קצרים שהתא לא יכול עוד לשכפל את ה-DNA והוא מפסיק להתחלק ומת. לכן נחשבים הטלומרים כ״שעון" הקובע את מספר החלוקות שתא יכול להתחלק. האנזים טלומרז יכול להקנות לתא חיי נצח על ידי הוספת היחידות שהתקצרו. לצערנו - או למזלנו - אנזים זה פעיל רק בתאי המין, בתאי אב שאחראים על יצירת תאים חדשים ברקמות שבהן התאים מתחדשים כל הזמן, כמו בתאי דם ובתאי העור, וכמובן בתאים סרטניים.

הטלומרים בנויים כרצף נוקליאוטידים חוזר: TTAGGG. כשבקצהו נמצא סרח עודף חד-גדילי. מסתבר שרצפים עשירים בגואנינים צמודים (כמו GGG) נוטים ליצור מבנה מורכב הנקרא קוודרופלקס (quadruplex) הבנוי מארבעה גדילים. ביצירת המבנה משתתפים חלבונים שנקראים צ'פרונים (chaperons). בגרעין התא יש חלבונים, הקשורים לשיכפול ולשיעתוק של ה-DNA, שנקשרים בזיקה גבוהה רק לצורת הקוודרופלקס ופגיעה בחלבונים אלה משבשת את תהליכי השיכפול והשיעתוק בתאים. לעומת זאת הטלומרז נקשר אך ורק לצורה הישרה-הקווית בעלת הסרח החד-גדילי. עובדה זו מבטיחה כר פעולה נרחב לחברות התרופות המחפשות תרופות שתפגענה בתאים הסרטניים: כל מולקולה קטנה בעלת זיקה גבוהה למבנה הקוודרופלקס תיקשר אליו ותייצב אותו כך שלא יוכל להפוך מחדש למצבו הקווי-הישר ובכך יימנע קישורו של הטלומרז והתאים יהפכו שוב לבני תמותה.

ריקודי זוגות 

עד לאחרונה קישור החלבונים ל-DNA נחשב גם הוא ליציב יחסית. רק עם פיתוח שיטות הצילום בווידאו בזמן אמת הסתבר שמה שנעשה בתוך הגרעין מזכיר יותר קן נמלים פעיל, והמילה סטטי בהקשר של הגרעין נעלמה מהמילון, כפי שהתנסח טום מיסטלי (Misteli), מהמכון הלאומי לסרטן בבת'סדה. מיסטלי השתמש בשיטה שבה קושרים החוקרים לחלבון סמן פלואורסצנטי, כגון חלבון שזוהר באור ירוק ושבודד ממדוזה הזוהרת באור ״ירוקות״. את החלבון המהונדס מכניסים לתאי יונקים ומקרינים נקודה קטנה בתא החי שמכיל את החלבון בקרן לייזר בעוצמה גבוהה. קרן הלייזר גורמת נזק לחלבון וכתוצאה מכך הזוהר הפלואורסצנטי דועך. מודדים את משך הזמן עד שאותה נקודה שבה לזהור, בעקבות חילוף החלבון הפגוע בחלבון אחר שנע ותפס את מקומו.

ממדידות שנעשו נראה שרוב החלבונים שבגרעין התא נעים במהירות, באופן קבוע הלוך ושוב, כך שהם חוצים את הגרעין בפחות מחמש שניות. הסתבר שגם החלבון המכונה היסטון-1, שנחשב כצמוד ל-DNA בקשר יציב מאוד, ניתק ונקשר בערך בכל דקה. מיסטלי משער שסחרחורת זו של החלבונים מסייעת לתאים להפעיל בקרה על פעילות הגנים תוך שליפת גורמי השיעתוק המתאימים מתוך ה״מרק״ של כל החלבונים שמסתובבים בתוך הגרעין. ה-DNA עצמו נעטף בחלבוני היסטונים ויוצר מבנה שנקרא כרומטין, וזה נכרך סביב עצמו ויוצר את המבנה האופייני לכרומוזומים.

גם סידורם של הכרומוזומים עצמם בתוך הגרעין אינו מקרי. מחקרה של ונדי ביקמור (Bickmore) מהיחידה לייעוץ גנטי במרכז למחקר רפואי באדינבורג, התרכז בכרומוזומים 18 ו-19. כרומוזום 19 מכיל ברובו כרומטין עשיר בגנים, בעוד כרומוזום 18 מכיל כרומטין דל בגנים. נמצא שיש קשר הדוק בין מיקום הכרומוזומים בגרעין לבין כמות הגנים שהם מכילים - ככל שהכרומוזום עשיר יותר בגנים הוא ממוקם קרוב למרכז הגרעין בלא שום חיבור לקרום הגרעין, לעומת זאת, הכרומוזומים המכילים מעט גנים ממוקמים קרוב לקרום הגרעין. סידור זה שמור בכל הפרימטים החל מלפני כ-30 מיליון שנה, ומלמד, לפיכך, על החשיבות האבולוציונית שלו, אך עדיין לא ברור מהם היתרונות שמקנה הסידור הייחודי הזה. יש המשערים שהכרומוזומים שנמצאים בהקף הגרעין, כשהכרומטין שלהם קשור בנקודות מסוימות לחלבוני קרום הגרעין, מוגנים בפני המנגנונים המפעילים את הגנים שאמורים להיות מושתקים. ביקמור העלתה את ההשערה שהכרומוזומים שנמצאים בפריפריה מגינים בגופם על הכרומוזומים הפנימיים מפני פגיעות!

גם הכרומוזומים הנמצאים במקומותיהם אינם שוקטים על מקומם, הם מתנועעים כאחוזי אמוק בתוך הטריטוריה שלהם. עובדה זו התבררה באמצעות השיטה שפיתח אנדרו בלמונט (Belmont) מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין. בלמונט הינדס תאי יונקים על-ידי כך ששתל בתוך ה-DNA שלהם מספר עותקים גדול של קטעי DNA חיידקיים. קטעי ה-DNA החיידקיים נקשרים לחלבונים חיידקיים זוהרים, וכך ניתן להבחין בהם. בדרך זו ניתן היה לצלם את תנועתם של הכרומוזומים בכל שנייה בתאים החיים. כדי ללמוד מה קורה לכרומטין בשעה שגנים משופעלים השתמש בלמונט בחלבונים זוהרים המשפעלים את הגנים החיידקיים בזמן רצוי. הוא מצא שבתוך כמה שעות מזמן ההפעלה נפרש ה-DNA מנקודות דחוסות של כרומטין לסיבים דלילים. כשהשתמש באשכולות קטנים בהרבה של גנים חיידקיים, הכרומטין באזור הפעיל נע מקצה הגרעין למרכזו.

באותו זמן הראו אמנדה פישר (Fisher) ועמיתיה מהקולג׳ המלכותי בלונדון, שלפיתוליו של הכרומטין תפקיד ב״נעילת״ גנים שאינם אמורים להשתכפל. התברר כי בתאי המערכת החיסונית, כרומטין שנושא גנים שאינם נחוצים עוד נע קרוב לאזור הלא פעיל ב-DNA, אזור המכונה הטרוכרומטין, ומדכא את הגנים שבסביבתו. אם שינוי המקום לא מתרחש משופעלים הגנים מחדש.

ווטסון וקריק פתחו עולם חדש נפלא ומרתק אך מסתבר שהמציאות מרתקת עוד יותר, ואינה שוקטת על שמריה, תרתי משמע. ואין משפט מתאים יותר לסיכום מזה של פיטר קוק (Cook) מאוניברסיטת אוקספורד, שחוקר את המבנה והפעילות של הגרעין: ״ווטסון וקריק חשבו שברצף ה-DNA גלום הכול מכול, אבל מסתבר שהחיים הרבה יותר מורכבים מזה״.

ד״ר דינה צפרירי היא דוקטור למיקרוביולוגיה מאוניברסיטת תל-אביב

פורסם ב"גליליאו" 55, מרץ 2003