צמחים מהונדסים - ידידיה גפני

ההנדסה הגנטית הביאה למהפכה בתחום החקלאות. תכונות חדשות המוחדרות לצמחים מקנות להם עמידות בפני מזיקים, משפרות את ההרכב התזונתי של הפירות ואורך חיי המדף שלהם, מעניקות לפרחים צבעים חדשים - והאופק עוד פתוח.

בבוקר שבו נכנסה גברת ג'ונס כהרגלה לקנות עגבניות בסופרמרקט ליד ביתה בדייויס שבקליפורניה, היא לא תיארה לעצמה שהיא עושה היסטוריה. גברת ג'ונס עברה בין הדוכנים והושיטה ידה לעגבניות היפות, שפתק צמוד להן משך את תשומת לבה. בפתק נאמר "עגבניות אלו מהונדסות גנטית". מחירן היה גבוה ממחיר אחיותיהן בדוכן הסמוך, אך הן עוררו את סקרנותה והיא נטלה אחדות ושמה בסלה, והמשיכה בקניותיה. גברת ג'ונס הפכה לאדם הראשון בעולם שקנה עגבניות מהונדסות. חלום בן עשרות שנים של מדענים וחקלאים הפך למציאות.

ההנדסה הגנטית איננה אירוע מהפכני, אלא התפתחות מדע חדש מתוך מדעים ותיקים יותר - הגנטיקה הקלסית והביוכימיה. לידתה של ההנדסה הגנטית ב-1973 עם יצירת חיידקים נושאי DNA זר. חיידקים אלה מכונים "חיידקים מהונדסים", ומלאכת ההינדוס, שפירושה השתלת DNA זר בתאי החיידקים, נעשתה בידי החוקרים סטנלי כהן (Cohen) מאוניברסיטת סטנפורד, והרברט בויאר (Boyer) מאוניברסיטת סן פרנסיסקו. מאוחר יותר הושתלו גנים זרים גם בתאי בעלי חיים.

הפוטנציאל הגלום ביכולת להנדס גנטית את הצמחים לא נעלם מעיני המדענים של שנות השבעים, אולם התברר כי לא קל להחדיר DNA לתאי צמחים, זאת משום היותם עטופים בדופן תא קשיח. בראשית הדרך נמצא פתרון בדרך של הסרת דופנות התאים ויצירת פרוטופלסטים, כלומר תאים חסרי דופן. משהוסרה הדופן, הוקלה מלאכת החדרת ה-DNA, אך התברר כי קשה יותר ליצור צמחים שלמים מהתאים חסרי הדופן. לכולם היה ברור כי תהליך זה של העברת גנים רצויים לתאי צמחים והרבייתם במבחנה, אילו היה מתממש בקלות, עשוי היה לשמש בפיתוח צמחים חשובים לחקלאות הנושאים תכונות משופרות.

כלים חדשים

בתחילת שנות השמונים שונו לחלוטין תנאי המשחק, עם כניסתה של שיטה חדשה, שעיקרה שימוש בנשא (וקטור) חיצוני שמעביר את ה-DNA אל תוך התאים הצמחיים. כנשא משמש החיידק Agrobacterium - חיידק קרקע שחי כטפיל על צמחים ויוצר בהם גידולים סרטניים המכונים עפצים. מדענים שחקרו את החיידק ואת הבסיס המולקולרי לפתוגניות שלו, גילו שביכולתו להחדיר מולקולות של DNA לתאי צמחים. ה-DNA מגיע לגרעין התא הצמחי, מתלכד עם ה-DNA של הצמח ומעניק לו תכונות גנטיות חדשות (ראו "החדרת גנים חדשים לצמחים", "מדע" ל (2) עמ' 111). משהבינו המדענים שניתן להשתמש בחיידק זה להעברת DNA זר לצמחים, החלו בניסויים הראשונים להחדיר לחומר התורשתי שלו גנים רצויים, ולהשתמש בו כנשא כדי להעבירם לצמחים. ואכן, מאז תחילת שנות השמונים הפך השימוש Agrobacterium לנפוץ ביותר.

היכולת להעביר לצמחים גנים זרים וליצור צמחים בעלי תכונות רצויות, הוכרה ככלי עתידי בעל חשיבות עליונה לפיתוח זנים תדשים של צמחים, המשרתים את האדם בייצור מזון ובלבוש ואף משמשים לנוי. אולם, מגבלה אחת חשובה יש בשימוש בחיידק ה-Agrobacterium: הוא איננו מבצע החדרת DNA לתאים של צמחים חד פסיגיים, אשר עמם נמנים החשובים שבגידולים, כגון תירס, חיטה, אורז ושעורה. לצורך הינדוסם הגנטי של החד פסיגיים פיתחו מדענים שיטות חלופיות. כיום נפוצה טכנולוגיית הביוליסטיקה, העושה שימוש בכלי הקרוי "תותח הגנים". בשיטה זו סופחים את מולקולות ה-DNA שרוצים להחדיר לתאי הצמח על גבי כדורים מיקרוסקופיים של מתכת (לרוב משתמשים בטונגסטן). הכדורים מוחדרים לקנה של "תותח" קטנטן, שניתן להציבו בתוך תא סטרילי במעבדה, והוא מכוון אל רקמת צמחים (עלה, גבעול, פרח או רקמה עוברית מקודקוד הצמיחה). החוקר "יורה" את הכדורים אל הרקמה במהירות גבוהה וממרחק קצר, ובחלק מהתאים חודר הכדור הנושא DNA אל תוך גרעין של תא, וה-DNA שהוא נושא מתחבר עם ה-DNA של הצמח. אם התאים שלתוכם חדר ה-DNA הם בעלי כושר רגנרציה, כלומר מסוגלים ליצור צמח חדש על ידי חלוקות חוזרות והתמיינות, ניתן בטכניקה זו להנדס גנטית גם צמחים שאינם נגישים לחיידקי ה-Agrobacterium.

עמידות לקוטל העשבים גליפוזאט מאפשרת גידול הצמחים וריסוסם (משמאל) לעומת חלקה לא מרוססת בה משתלטת העלקת ומחסלת את השדה (מימין).

עמידות לקוטלי עשבים

מיד מתחילת דרכה של ההנדסה הגנטית בצמחים, גילו חברות העוסקות בפיתוח כימיקלים לחקלאות עניין רב ברכישת הידע להחדרת ה-DNA לצמחים ובשימוש בו לצרכיהם. חברות הענק המייצרות קוטלי עשבים וקוטלי חרקים במיליארדי דולרים בשנה, הבינו את הפוטנציאל הרב הטמון בטכנולוגיה זו. לדוגמה, חברה המייצרת אטרזין - חומר להדברת עשבים רעים הגדלים בשדות התירס. עד כה מכרה החברה את החומר רק למגדלי התירס, כי התירס עמיד באופן טבעי לחומר ההדברה. אולם, בשנה שבה מחליף החקלאי את גידול התירס בגידול סויה, שאיננה עמידה לאטרזין, הוא יפנה לחברה מתחרה כדי לרכוש מהם חומר הדברה. אם מדעני החברה המייצרת אטרזין יפתחו זן של צמחי סויה עמיד לאטרזין, תוכל החברה למכור לחקלאי את מוצרה גם בשנה שהוא מגדל סויה. יתרה מזאת, עתה יקנה החקלאי בחברה לא רק את חומרי הדברה, אלא גם זרעים של סויה עמידה לאטרזין.

החומרים להדברת עשבים רעים הם רבים ושונים, ולמרות הסתייגותנו המובנת מהצורך בשימוש בהם, אין להעלות על הדעת חקלאות אינטנסיבית בעולם המודרני בלא חומרי הדברה. חומרי ההדברה השונים חייבים לעמוד בקריטריון ברור: אסור להם לפגוע באדם ובבעלי החיים שבסביבתו. לפיכך הם מכוונים כנגד תהליכים ביוכימיים בצמח, אשר אינם מתרחשים בתאים של בעלי חיים, כמו תהליכי פוטוסינתזה וביוסינתזה של חומצות אמיניות שאינן מיוצרות בגוף האדם. כזה הוא למשל החומר גליפוזאט, המעכב את פעילותו של אנזים מפתח בביוסינתזה של חומצות אמיניות מסוימות. גליפוזאט אינו מסוכן לבני אדם, משום שגוף האדם אינו מייצר חומצות אמיניות אלו. עם התפתחות טכניקות ההנדסה הגנטית בצמחים החלו מדעני חברת קלג'ין (Calgene) בקליפורניה לבצע השתלת גן שמקנה עמידות לגליפוזאט לצמחי טבק אשר רגישים לו. ריסוסם של צמחי הטבק האלה בגליפוזאט יביא להדברת העשבים הרעים בלבד. הטבק משמש כצמח מודל והצלחה בו תפרוץ דרך לביצוע הניסוי גם בגידולים חקלאיים. אך מאין יילקח גן לעמידות שכזו? מסתבר, שגם חיידקים מייצרים חומצות אמיניות אלו במסלול דומה, ולפיכך יש לאתר חיידקים עמידים לגליפוזאט. לצורך כך נסקרו מיליארדי חיידקי Salmonella, שנזרעו על מצע מזון שהכיל גליפוזאט, שם רק חיידקים שפיתחו עמידות לגליפוזאט יצליחו לגדול. מתוך מיליארדי החיידקים שנזרעו התגלו מושבות, שבהן, כתוצאה ממוטציות שחלו בחיידק, יכול היה החיידק לגדול על המצע. אחת המוטציות הביאה ליצירת אנזים אדיש לגליפוזאט, שפעילותו האנזימטית לא נפגעה, והוא נמצא, לפיכך, מתאים ביותר להעברה לצמחים. הגן המקודד לאנזים ה"אדיש" בודד מן החיידקים והועבר באמצעות חיידקי Agrobacterium לתאים של צמחי טבק, ומהם יצרו המדענים צמחי טבק מהונדסים גנטית, עמידים לחלוטין למנות גליפוזאט הקוטלות צמחי טבק בלתי מותמרים.

צמח עגבניה מהונדס גנטית שאליו הוחדר הגן המקודד לחלבון הרעיל מחיידק בצילוס. לידו צמח לא מהונדס. 

על שני הצמחים הונחו זחלים שחיסלו את הצמח שלא הונדס ולא פגעו בצמח המהונדס.

חברות הכימיקלים אינן מתקיימות ממכירת חומרים לקטילת עשבים בלבד. הן מייצרות גם חומרי הדברה נגד חרקים - והרבה. שוק חומרי ההדברה נגד חרקים נאמד בששה מיליארד דולר בשנה. כאן ההשקעות הן בניסיון להחליף את הריסוס מחומרים רעילים לחומרים ידידותיים לאדם ולסביבה. דרך התמודדות אחרת היא לפתח זני צמחים עמידים לחרקים.

עמידות לחרקים

מאז שנות הארבעים החלו מדענים לשלב בהדברת החרקים זנים מסוימים של חיידקי בצילוס (Bacillus thuringiensis) שמייצרים חלבון רעיל לחרקים, אשר אינו מזיק לאדם. עתה, עם התפתחות שיטות ההנדסה הגנטית, מנסים לבודד מחיידקי הבצילוס את הגן שאחראי על יצירת החלבון הרעיל, על מנת לנסות להחדירו לצמחים - כך ישמש החלבון החיידקי את הצמחים בהדברת זחלי החרקים הזללניים. אולם, עצם החדרת DNA של גן זר לתא הצמחי, אין בה די. יש לדאוג שהגן הזר יתבטא בתאי הצמח ויווצר החלבון שלו הוא מקודד. כדי להבטיח זאת יש לחבר לגן קטע DNA הקרוי מקדם, (פרומוטור) - יחידת בקרה השולטת על התבטאותו של הגן, שמשמשת מעין מתג הפעלה שלו - בלעדיה לא יבוא המידע שבגן לידי ביטוי.

גנים צמחיים נשלטים על ידי מקדמים שונים מאלו המפעילים את ה-DNA של החיידקים, לכן יש צורך בהחלפת המקדם של הגן החיידקי במקדם המשמש לביטוי גנים צמחיים. הניסויים הללו קצרו הצלחות מרשימות, ובשנת 1993 החלו בארצות הברית, לראשונה, לייצר ולמכור לחקלאים זרעי כותנה שמהם נבטו צמחים עמידים בפני זחלי הליוטיס (Heliotis) - מזיק קשה התוקף את צמחי הכותנה. לא מפתיעה העובדה, שדווקא בכותנה החל יישומה של ההנדסה הגנטית בצמחים. כותנה היא גידול חשוב, שאינו משמש למאכל, ולכן קל היה לערוך בה את הניסויים ואת הבדיקות הנדרשות לצורך קבלת האישורים, ולקבל אישור לשיווק לחקלאי. עם זאת, כותנה אכן סובלת מאוד מנזקם של חרקים, והגנתה מפני מזיקים אלו היא בעלת משמעות כלכלית גדולה.

בשנת 1993 החלה חברת סיבא-גייגי (Ciba Geigy), חברה שוויצרית הפועלת גם בארצות הברית, למכור זרעי תירס מהונדסים, הנושאים את הגן שמקורו בחיידק הבצילוס. גן זה מקנה להם עמידות כנגד נברן התירס האירופי - זחל טורדני הנובר ומכרסם בתוך הגבעול. הריסוס הכימי אינו מדבירו, ואילו הגן הזר מייצר את החלבון בכל תא ותא מתאי התירס. החדרת הגן החיידקי לתאי התירס התממשה על ידי טכנולוגיית הירי של ה-DNA באמצעות "תותח הגנים" שתואר להלן. מאמץ רב מושקע כיום בחקר החלבונים השונים השייכים לקבוצת רעלני הבצילוס, משום שהם פועלים נגד מגוון רחב של זחלי חרקים מזיקים. הכרתם והבנת המבנה של האתרים הפעילים נגד החרקים תאפשר תכנון גנים שיקודדו לחלבונים רעילים נגד מגוון רב של חרקים.

חלבונים טבעיים נוספים נלמדים כדי שיוכלו לשמש להדברת חרקים המזיקים לחקלאות. אחת הקבוצות החשובות העוסקות בלימוד חלבונים כאלה היא קבוצה ישראלית, שבה שותפים פרופ' אליהו זלוטקין מהאוניברסיטה העברית בירושלים, פרופ' מיכאל גורביץ מאוניברסיטת תל אביב וד"ר נור צ'חנובסקי ממכון וולקני. הקבוצה מתמקדת בלימוד ההשפעה הקטלנית של חלבונים מארס עקרב על חרקים. חברי הקבוצה מבודדים את הגנים המקודדים לחלבונים אלו ומעבירים אותם לנגיפים התוקפים חרקים. פרופ' גורביץ, בשיתוף פעולה עם הקבוצה שלנו במכון וולקני, החלו לאחרונה לבצע ניסויים להחדרת הגנים האלו לצמחים באמצעות חיידקי Agrobacterium.

נזקם של החרקים לצמחים רב ביותר. יש לזכור, שבניגוד למרבית בעלי החיים, אין הצמח יכול לברוח מאויבו. הצמח נטוע על מקומו ואפילו האויב האיטי ביותר, כמו זחלי החרקים, יכול לחסלו לאט לאט. מעבר להיותם פגע בעצמם, החרקים נושאים לעיתים אויב מסוכן אחר אל רקמות הצמח - הנגיפים.

מחלת צהבון האמיר של העגבניה. חלקו העליון של האמיר נגוע והעלים והעלים צהובים. בחלק זה הצמח אינו מניב.

עמידות לנגיפים

הנגיפים התוקפים צמחים הם ברובם בעלי חומר תורשתי מסוג RNA ורק מיעוטם הם נגיפי DNA. רבים ושונים הם הנגיפים התוקפים צמחים, וההתמודדות אתם היא מורכבת ומסובכת. עיקר המאמץ בעשרות השנים האחרונות נעשה בכיוון של הקניית עמידות לצמחים על ידי העברת עמידות תורשתית מצמחים הנושאים תכונות כאלו. בין הדוגמאות הבולטות, די אם נזכיר את זני העגבניות המסחריים, הנמכרים כיום לחקלאים. אלה עמידים בפני נגיף מוזאיקת הטבק - אחד המזיקים הקשים התוקפים את צמחי העגבניות.

בשנת 1985 יצר מדען אמריקני בשם רוג'ר ביצ'י (Beachy) מאוניברסיטת וושינגטון בארה"ב, צמחי טבק טרנסגניים (צמחים מהונדסים גנטית, כלומר נושאים גנים זרים). צמחים אלו נשאו בחומר התורשתי שלהם גן זר ששייך לנגיף מוזאיקת הטבק. גן זה קודד ליצירת חלבון המעטפת של הנגיף, שנוצר בכל תא מתאי הטבק. כאשר הדביק ביצ'י את צמחי הטבק המהונדסים בנגיף מוזאיקת הטבק, מצא להפתעתו כי צמחים אלה היו עמידים לנגיף. צמחי ביקורת שלא הונדסו נדבקו בנגיף ופיתחו סימני מחלה אופייניים. גישה זו, שזכתה לשם "רכישת עמידות באמצעות חלבון המעטפת", נבדקה מאז בצמחים שונים שהודבקו בנגיפים שונים. ורבים מהם רכשו בדרך זו עמידות מפני הנגיף ברמה זו או אחרת. אף שעשר שנים חלפו מאז שפירסם ביצ'י את עבודתו הראשונה בנושא, אין עדיין הסבר מניח את הדעת לאופן שבו נרכשת העמידות.

נגיף צהבון האמיר של העגבנייה הוא אחד הקשים שבנגיפים הפוגעים בגידולים בארצנו. הנגיף, הנישא על ידי כנימת עש הטבק, גורם נזקים חמורים לגידולי העגבניות. צוות מהפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית בראשות פרופ' חנוך זוסנק בודד את ה-DNA של הנגיף וקבע את רצף מרכיביו. במטרה להקנות לצמחי העגבנייה עמידות לנגיף יצרנו - צוות המעבדה שלי במכון וולקני וצוותו של פרופ' זוסנק, ב-1994, צמחי עגבנייה טרנסגניים הנושאים את הגן המקודד לחלבון המעטפת של הנגיף. חלק מצמחי העגבניות רכשו בדרך זו עמידות לנגיף, אך לא כולם. ניסויים בקנה מידה גדול יותר ובשדה יוכיחו אם אכן לפנינו עמידות לצהבון האמיר שהושגה בהנדסה גנטית.

בהמשכו של מחקר משותף זה, מנסה תלמידת המחקר טליה קוניק לברר את המנגנון המולקולרי שבאמצעותו חודר הנגיף לתוך גרעין התא הצמחי. הבנת המנגנון תאפשר בעתיד להעביר לצמחים גנים שייצרו חלבונים, העשויים לפנוע במנגנון החדירה של הנגיף לגרעין התא.

שיטות ההנדסה הגנטית פותחות דרכי התמודדות מגוונות עם נגיפי הצמחים. העיקרון העומד בבסיסן הוא להעביר לצמחים גנים שתוצריהם יפגעו בתיפקוד זה או אחר מתיפקודי הנגיף. הנסיונות כוללים העברת גנים שונים, ולא תמיד ברור המנגנון שבאמצעותו רוכש הצמח את העמידות לנגיף. שיטה שהחלה למשוך לאחרונה את תשומת לבם של חוקרי הנגיפים הצמחיים עוסקת בהינדוסם של צמחים בגנים של נגיפים אשר מקודדים לחלבון התנועה של הנגיף - חלבון המאפשר את תנועתו מתא לתא.

תאי צמחים עטויים, נוסף על ממברנת התא, גם בדופן קשיחה שאיננה מאפשרת מעבר לנגיף. הנגיף יכול לעבור מתא לתא דרך תעלות המקשרות בין הציטופלסמות של התאים (המכונות פלסמודסמטה), אך קוטרן של תעלות אלה צר מכדי לאפשר מעבר לנגיף. והנה מתברר, שחלבון התנועה של נגיף מוזאיקת הטבק, וכנראה גם של נגיפים אחרים, מסוגל, בהתקשרו לתעלות, להגדיל את קוטרן ולאפשר מעבר בהן. פגיעה בחלבון זה תוכל לפגוע, תיאורטית, באפשרות המעבר של הנגיף בתעלות. ואכן, חוקרים שונים מצאו, שאם מחדירים לצמח, בדרך של הנדסה גנטית, גן שעבר מוטציה ובעקבות כך מביא ליצירת חלבון תנועה נגיפי משובש, נפגעת יכולתו של הנגיף המתקיף את הצמח לעבור מתא לתא. החלבון המשובש מונע מחלבון הנגיף את ההתקשרות לתעלות וכך נמנעת התפשטות המחלה.

טכניקה אחרת להגנת צמחים מפני נגיפים מתבססת על שיתוק העברת המידע כתוצאה מחסימת מולקולות ה-RNA-שליח של הנגיף. במהלך עיבוד המידע הטמון ב-DNA, נוצרת על גבי גדיל ה-DNA תבנית משלימה של RNA הקרוי "RNA-שליח". מרכיב זה עובר אל הריבוזומים - בתי החרושת של החלבונים - שם מתורגם המידע שהוא נושא ליצירת חלבונים. על ידי יצירת גדיל RNA משלים ל-RNA-שליח של הנגיף, אפשר לנטרל מידע זה, ולבלום בכך את מעברו לריבוזומים ליצירת החלבון. טכניקה זו, הנקראת "RNA הופכי" (antisense RNA), מתבססת על יצירת גן במעבדה, המייצר בתא שאליו הוחדר גדיל RNA משלים ברצף בסיסיו לגדיל ה-RNA-שליח של הגן שאותו רוצים לשתק. ה-RNA-שליח פוגש בתא מולקולות RNA משלימות, שמתקשרות עימו ומונעות בכך את תירגומו. שיטה זו נוסתה בהצלחה בשיתוק התבטאותם של גנים רבים, ביניהם כאלו השייכים לנגיפים. כך למשל אפשר להעביר לצמח גן שתוצרו הוא RNA הופכי, המכוון כנגד גן נגיפי האחראי ליצירת חלבון ההתרבות (רפליקציה) של הנגיף, או כנגד חלבון המעורב בהחדרתו של הנגיף לגרעין. בשני המקרים תימנע מהנגיף האפשרות לייצר חלבון חיוני, והוא יפסיק להתרבות בתאי הצמח.

לא רק נגד נגיפים צמחיים מיושמת טכניקת ה-RNA ההופכי. מחקרים רבים נערכים היום על מנת ליישם טכניקה זו במלחמה בנגיף האיידס, בתאים סרטניים ועוד. גם גנים צמחיים ניתן לשתק באמצעות גן זר שהוחדר לצמח. אפשר למשל להעביר לצמח גן המייצר RNA הופכי, שסדר בסיסיו משלים לאלו של RNA-שליח המביא ליצירת אנזים שמשתתף בריכוך פרי העגבנייה. במקרה כזה תעוכב התרככות הפרי ויוארכו חיי המדף של העגבנייה. בשיטה זו פיתחה חברת קלג'ין את העגבניות בעלות חיי המדף הארוכים שרכשה גברת ג'ונס בסופרמרקט.

צמח עגבניה מהונדס שנובט מתוך גוש תאים בתרבית. הצמח שנוצר מכיל את הגן המקודד לחלבון המעטפת של נגיף צהבון האמיר 

התוקף צמחי העגבניה. צמח כזה עמיד לנגיף.

חלבוני תשמורת משופרים

מה באשר לאיכות החלבון הצמחי? האם גם אותו ניתן לשפר? החלבון הצמחי, בניגוד לחלבון מן החי, עני בחומצות אמיניות מסוימות. גוף האדם זקוק לכעשרים חומצות אמיניות חיוניות, ואם אלה אינן מסופקות לו דרך המזון הצמחי, יש להעשיר את התפריט בחלבון שמקורו בחי. אפשרות זו אינה ישימה בכל מקום על פני כדור הארץ. אוכלוסיות רבות בעולם לא יכולות להנות ממנת מזון מספקת מן החי. אילו ניתן היה להעשיר את חלבוני התשמורת של הגידולים בארצות המתפתחות בחומצות האמיניות החסרות, אפשר היה להקל את מצוקת הרעב של אוכלוסיותיהן. במעבדות רבות נערכים ניסויים בכיוון זה, ואחד המעניינים שבהם הוא המחקר המנוהל על ידי פרופ' גדי גלילי ממכון וייצמן ברחובות. גלילי ותלמידיו מנסים להנדס את חיטת הלחם כך שתכיל אחוז גבוה יותר של החומצה האמינית ליזין. זאת על ידי שינוי בהרכבם של חלבוני התשמורת.

הרעיון המרכזי העומד בבסיס המחקר הוא לנסות ולשנות במספר מקומות את הבסיסים המרכיבים את הגן המקודד לחלבון התשמורת של החיטה. שינויים אלו יכתיבו יצירה של החומצה האמינית ליזין במקום החומצה האמינית שהיתה במקום זה במקור. הדבר אינו כה פשוט, משום שיש להימנע משינויים גדולים מדי, העלולים לשנות את צורתו המרחבית של החלבון, דבר שעלול לפגוע באריזתו בזרע כחלבון תשמורת. לכן יש להכיר היטב את החלבון, כדי לדעת היכן בדיוק ניתן ליצור בו שינויים שלא ישבשו את מבנהו הסופי. כמו כן יש לדאוג שהצמח ייצר ליזין בכמות הדרושה. על כל אלה שוקדת קבוצתו של פרופ' גלילי.

צבעים מהונדסים לקידום מכירות

אך לא על הלחם לבדו יחיה האדם, גם פרחים הם איכות חיים. בעולמנו התחרותי עיקר המאמץ המושקע כיום מתרכז בגיוון צבעי הפרחים. צבעי הפרחים הם ברובם נגזרות של פלבונואידים, מהם נוצרים האנטוציאנינים הסגולים, הדלפינידים האדומים והפלרגונידים הכתומים. לעיתים גם קרוטנואידים (שאינם נגזרות של פלבונואידים) משתתפים ביצירת הצבע בעלי הכותרת. מרבית מסלולי הביוסינתזה של חומרי הצבע השונים ידועים היום היטב, וגנים אחדים אף בודדו ושובטו. השימוש בהם להקניית צבע לפרחים החל בסוף שנות שמונים ודוגמה מובהקת לפוטנציאל הגלום בתחום זה היא העברת צבע כתום מתירס לפטוניה. לפטוניה אין בכל המאגר גנטי שלה צבע כתום, ולכן אי אפשר לקבל פטוניות כתומות דרך הכלאות בין קווי הפטוניה השונים. הדבר נובע מכך שלפטוניה חסר אנזים מסוים, הממיר חומר חסר צבע לחומר צבע כתום. בתירס מצוי אנזים זה, וקבוצה גרמנית ממכון המחקר על שם מקס פלנק בודדה את הגן מהתירס, חיברה לו מקדם מתאים שיבטא את הגן בפטוניה, ויצרה צמחי פטוניה טרנסגניים עם עלי כותרת כתומים.

קבוצות אחרות בעולם, ובהן קבוצתו של פרופ' יוסי הירשברג מהאוניברסיטה העברית בירושלים, שוקדות על החדרת גנים צמחים המקודדים ליצירת אנזימים שמשתתפים בסינתזת קרוטנואידים צבעוניים. בדרך זו יתקבלו פרחים בעלי מגוון צבעים חדש. אולם, צבעים חדשים ומושכים נדרשים לא רק לפרחים. אשכוליות שאיכותן גבוהה נותרות לא פעם על המדף כי צרכן אינו שש לקנות פרי בעל קליפה חיוורת. תוספת קרוטנואידים לקליפה תיתן לפרי גוון יפה ומושך יותר, שישמש מקדם מכירות טוב.

לא רק חקלאות

הדגשתי עד כה את השימוש שנעשה בהנדסה הגנטית לשיפור הצמחים בחקלאות. אך מסתבר שניתן להשתמש בצמחים גם למטרות אחרות. צמחים יכולים להוות כלי לייצור חלבונים שאינם שייכים לעולם הצומח - זאת, כמובן, דרך שיטות ההנדסה הגנטית. באפריל השנה פרסם כתב העת המדעי סאיינס (Science) כתבה גדולה שסקרה אפשרויות שימוש בצמחים לייצור תרכיבי חיסון. חוקרים בטקסס החדירו לבננה גן מנגיף הצהבת מסוג B. מהחלבון, תוצרו של הגן, שמיוצר עתה בבננה, ניתן להפיק תרכיב חיסון כנגד נגיף אלים זה. במעבדות אחרות מייצרים הצמחים חלבוני דם אנושיים. קבוצתי במכון וולקני, בשיתוף עם פרופ' אילן סלע מהפקולטה לחקלאות ברחובות, יצרה צמחי טבק מהונדסים גנטית, המייצרים אינטרפרון אנושי - חלבון המיוצר בגופם של בעלי החוליות ומשתתף במאבק הגוף נגד נגיפים. את הגן שמקודד ליצירת אינרפרון בודדנו מתאים אנושיים והחדרנו לצמחים. הצמחים המהונדסים יצרו אינטרפרון אנושי. רבים רואים בצמחים כלי עתידי לייצור חלבונים שונים למטרות רפואיות. יתרונם בכך שאין הם מזדהמים בנגיפים, הפוגעים בבעלי-חיים ולכן עלות ייצורם נמוכה. האם אכן אלו יהיו פני הדברים בעוד שנים אחדות? ימים יגידו. בינתיים, כמעט אלפיים ניסויי שדה נערכו בצמחים מהונדסים גנטית בכ-40 מדינות בעולם, רובם בתפוחי אדמה. מרבית הניסויים בוצעו בארצות צפון אמריקה, והתכונה שהוחדרה בתדירות הגבוהה ביותר היתה עמידות לקוטלי עשבים. עם הזמן עולה חלקם היחסי של צמחים חד-פסיגיים מהונדסים גנטית, וגם המדינות המתפתחות נכנסות למירוץ.

לקריאה נוספת:

• החדרת גנים חדשים לצמחים, ידידיה גפני. "מדע" ל' 3-2 1986/7 עמ' 117-111.
  
  
• הנדסה גנטית בצמחים, ידידיה גפני. האוניברסיטה המשודרת של גלי צה"ל, משרד הביטחון, ההוצאה לאור, 1990.
  
  
• גנטיקה מולקולרית וביוטכנולוגיה - אורנה מוקדי-שביט, צבי ליבנה. הוצאת המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע. 1994.
  
  

• Brill, W.J 1981. Agricultural Microbiology, Scientific American 245/3: 146-156.
  
  
• Chilton M.D., 1983, A Vector for Introducing New Genes Into Plants, Scientific American 248/6: 36-45.
  
  
• Weintraub, H.M., 1990, Antisense RNA and DNA. Scientific American 262/1: 34-40.
  
  
• Gasser, C.S and Fraley, R.T., 1992, Transgenic crops, Scientific American 266/6: 34-39.
  
  

ד"ר ידידיה גפני, חוקר בכיר במחלקת לגנטיקה והשבחת צמחים, במכון וולקני. עוסק בשימוש בשיטות ההנדסה הגנטית להשבחת צמחים. 

 פורסם ב"גליליאו" 13, נובמבר/דצמבר 1995.