חוקרי הטכניון הצליחו לבנות 'אבן רוזטה ביולוגית' לפענוח ממוחשב של גורמי בקרת הגנים
כתב־העת המדעי Cell מדווח כי חוקרי הטכניון, בשיתוף פעולה עם חוקרים מקלטק, קליפורניה, הצליחו לבנות בחיידק "אבן רוזטה ביולוגית" בפתחם הבנה חדשה של קבוצה של גורמי בקרה הקרויים מעצמים (Enhancers) בקרב חיידקים.
מעצם הוא רצף DNA שאינו גן, שאליו מתחברים חלבונים, ושיכול להפעיל גן - לגרום לו לעבור תעתוק ובסופו של דבר לייצר חלבון. המעצם נקשר לחלבוני בקרה רבים וכשהוא מגיע לאינטגרציה הנכונה, ורק אז - הגן מתבטא. הדבר מאפשר לחוקרים שליטה בביטוי הגן.
״אחת התגליות המרכזיות בביולוגיה בעידן הפוסט־גנומי היא ההבנה שהתרומה העיקרית לשוני בין אורגניזמים (למשל - בין עכבר לאדם) אינו נובע מגנים״, מסביר ד״ר רועי עמית מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון, שהחל את מחקרו במסגרת בתר־דוקטורט בקלטק. ״מקורו של השוני הוא בתוכנית הקובעת מתי, היכן וכיצד יבוטא גן כלשהו. בשנים האחרונות מתחילה להתבהר תמונה חדשה של הגנום ובעקבותיה הגנום נתפש ככלי מורכב לאחסון מידע ולהפצתו".
מטרת חוקרי הטכניון היא פענוח התוכנית המבקרת את התהליך ושימוש בידע זה לפיתוח יישומים רפואיים. ”כדי לעשות זאת בכוונתנו ליצור את "אבן הרוזטה" של הבקרה הגנטית", אומר ד״ר עמית. "כלי זה יוכל לשמש ל׳פריצות׳ לתוכנית הבקרה של אורגניזמים ממשיים, וכן יאפשר לנו ׳לכתוב׳ תוכניות חדשות שלא קיימות בטבע, למטרות רפואיות, ליישומים סביבתיים וכו’.
ביולוגיה סינתטית היא ענף חדש במדעי החיים, המקדם את הגישה המכוננת. היא מבקשת להשתמש ברכיבים ביולוגיים לכינון מערכות חדשות שאינן קיימות בטבע. היא מאלצת אותנו לבחון את הבנתנו, מחייבת אותנו להשתמש במה שנדמה לנו שאנו מבינים לשם יצירת מערכות ביולוגיות מתפקדות, היא מאפשרת לנו לשאול מדוע האבולוציה ׳ננעלה׳ על דפוסים ספציפיים, לדמיין וליצור פונקציות ביולוגיות חדשות ומאלצת אותנו לעבוד באופן רב־תחומי".
מרצף DNA לאלוגוריתם ממוחשב
גישת החוקרים בביולוגיה סינתטית מתבססת על שימוש ברכיבים גנומיים מאופיינים ובסידורם יחד (או ב׳׳חיווטם״ זה לזה) במערכות חדשות. בשלב הבא החוקרים מפתחים מודלים תרמודינמיים ולבסוף מנתחים את הפלט. דבר זה מאפשר לחלץ עקרונות תכנון בסיסיים שבאמצעותם אפשר לתרגם את רצף ה-DNA לאלגוריתמים ממוחשבים. ״אם נצליח לכתוב רצף שנוכל לנבא את הפלט שלו על סמך כללים ממוחשבים שאיתרנו באמצעות ׳אבן הרוזטה׳ - נוכל להשתמש ב׳מפתח׳ הזה לפיענוח רצפים המופיעים בגנום", אומר עמית.
במאמר ב-Cell מראים חוקרי הטכניון כי ביכולתם להשתמש בגישה זו לפיתוח הבנה חדשה של גורמי הבקרה בקרב חיידקים. רצפים אלה שכיחים בכל היצורים החיים, ויכולים לעשות אינטגרציה של אותות. למעצמים של חיידקים יש ארכיטקטורה פשוטה יותר מאשר בתאים איקריוטיים, ולעתים קל יותר לאפיין אותם. לכן בחרו חוקרי הטכניון לבדוק זאת בחיידקים. הם הראו אפשרות לבנות תוכניות מעצמים חדשניות לחיידקים, שהובילו ליצירת מודל ביופיזיקלי של גורם הבקרה. החוקרים מציינים כי סוג המחשוב המתרחש בהקשר זה מזכיר הליכים חישוביים אנלוגיים יותר מאשר תהליכים דיגיטליים. ״אבן הרוזטה הזאת, בהקשר החיידקי, אפשרה לנו לנסח הבנה חדשה או מודל איכותני לדוגמאות רבות של מעצמים בחיידקים בטבע, שרובם לא נותחו מעולם״, אומר עמית. ״כעת נוכל להבין, לפחות באופן חלקי, כמה מהתוכניות הטבעיות שעדיין לא פוענחו.״
עמוס לבב, דובר הטכניון
פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 158, אוקטובר 2011.
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה