יום שישי, 28 במרץ 1997

חוליה בשרשרת האלימות - מרית סלוין


אחת המטרות העיקריות של חקר האיידס בשנים האחרונות היא לחשוף את הסיבה למעברו של נגיף האיידס בגוף ממצב רדום למצב פעיל. מעבר זה הוא המפריד בין תקופת הנשאות, שבה מנהלים נשאי הנגיף אורח חיים תקין כמעט לחלוטין, לבין התפרצות המחלה. חוקרים המתמקדים בתחום זה מנסים לברר את התהליכים הביוכימיים בגוף המובילים ל״התעוררות״ הנגיף. 

Hiv budding.jpg
נגיף ה-AIDS מנץ מהתא של מערכת החיסון, בו התרבה
המקור: NIH

קבוצה ממכון וייצמן למדע, בראשותו של פרופי דוד ולך מהמחלקה לביופיזיקה ולחקר ממברנות, חוקרת גם היא את התהליכים האלה. הצוות גילה גן שממלא תפקיד מרכזי בהתחוללות דלקות, בהפעלת המערכת החיסונית ובתהליך ה״הבשלה״ של נגיף האיידס. בתוך תאי הגוף מצוי חלבון ״מפעיל גנים״ המכונה ״NF קאפה B׳׳. החלבון חודר לגרעין התא, נצמד אל גנים מסוימים ומעורר אותם לפעולה. ידוע כי חלבון זה אחראי להפעלתם של כמה גנים הממלאים תפקיד מרכזי בהפעלת המערכת החיסונית. אך בנוסף לכך התברר שהוא מפעיל גם את הגן של נגיף האיידס, האחראי ל״הבשלת״ הנגיף ולהפעלתו. 

מתי ובאילו תנאים החלבון מפעיל את המערכת החיסונית, ומדוע נדרש זמן כה רב להפעלת תהליך ה״הבשלה״ של נגיף האיידס, תהליך שיכול להימשך 10 שנים ויותר? מתברר שאל החלבון המפעיל צמוד חלבון שבולם אותו ומעכב את פעולתו. רק כאשר החלבון המעכב מפורק, משתחרר החלבון המפעיל ויוצא לפעולה. תהליך המפתח הוא, אפוא, התהליך האחראי לפירוקו של החלבון המעכב ולשחרורו של החלבון המפעיל. השלב הראשון בתהליך זה הוא התקשרותו של חומר ״שליח״ לאחד הקולטנים המוצגים על קרומו החיצוני של התא. את ה״שליחים״ האלה משגרים התאים, והם מעבירים מסר מתא לתא. בדרך כלל מדובר במסר שמהותו קריאה לעזרה או המרצה לפעילות כלשהי. התקשרות ה״שליח״ לקולטן פותחת שרשרת של תהליכים שבח מולקולה מפעילה מולקולה, וזו מפעילה מולקולה שלישית וכך הלאה - בדומה לנפילה של שורת לבני דומינו - זו אחר זו. בסופה של השרשרת ״מסומן״ החלבון המעכב כמטרה לפירוק, ואת הפירוק עושה מערכת ביוכימית אחרת. עם חיסול החלבון המעכב משתחרר החלבון המפעיל, והוא מעורר לפעולה את הגנים המווסתים את פעולת מערכת החיסון, וגם את נגיף האיידס.

ראשיתה של שרשרת התהליכים הביוכימיים האלה ידועה, והיא כאמור מאופיינת בהתקשרות בין החומר ה״שליח״ לקולטן. גס סופה של השרשרת ידוע - פירוק החלבון המעכב. אבל רוב השלבים האחרים עדיין לוט בערפל. לפני זמן לא רב התגלה השלב השני בשרשרת, ובו מולקולה נצמדת לצדו התוך־תאי של הקולטן לאחר שהחומר ה״שליח״ התקשר לצדו החוץ־תאי. 

פרופ׳ ולך גילה את החוליה השלישית - מולקולת החלבון הראשונה בשרשרת, המבצעת את פעולת ״סימון המטרה״. צוות המחקר גילה את הגן האחראי לייצור החלבון המכונה NIK, שיבט אותו וגרם - בשיטות של הנדסה גנטית - לייצור החלבון בתאים. בהמשך הניסוי התברר שבתאים שבהם יוצר החלבון שהתגלה, אכן חוסל החלבון המעכב, והחלבון המפעיל שוחרר לפעולה.

ממצאי המחקר עשויים להוביל לפיתוח דרכים לעיכוב תהליכי ה״הבשלה״ של נגיף האיידס, ולהארכת תקופת הנשאות. בנוסף, המחקר עשוי לקדם את המאמץ לפיתוח דרכים שיווסתו את פעולתה של מערכת החיסון, ולטיפול במחלות רבות, למשל מחלות אוטו־אימוניות (מחלות שבהן מערכת החיסון מתקיפה את מרכיבי הגוף) כגון סוכרת נעורים ודלקת פרקים שיגרונית.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 21,  מרץ-אפריל 1997

יום ראשון, 23 במרץ 1997

פענוח גנום השמר - איתי בן-פורת


אחד ההישגים החשובים ביותר בתחום הביולוגיה של התא בשנים האחרונות הושג במהלך שנת 1996: השלמת קביעתו של רצף ה־DNA המלא של שמרי האפייה. שמרי האפייה (השם המדעי:Saccharomyces cereviciae) מוכרים לרובנו בעיקר מן המטבח, אולם הם משמשים כנושא למחקר באלפי מעבדות ברחבי העולם. השמרים הם פטרייה חד־תאית, המתרבה על ידי חלוקה. הסיבה שבגללה זכה יצור פשוט זה לכבוד כה רב נעוצה בכך שהוא נבחר להיות אחד מ״יצורי המודל״ המשמשים בחקר הביולוגיה של התא והגנטיקה. 

שמרי אפייה במיקרוסקופ אלקטרונים
Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy, wikimedia commons

תא השמר הוא בעל גרעין (תא איקריוטי), הדומה במבנהו לתאי בעלי החיים והצמחים ושונה מן התאים חסרי הגרעין המאפיינים חיידקים (פרוקריוטים). השמרים נחקרים אם־כן כ״יצור מודל״ לתא בעל הגרעין הפשוט ביותר. הם ניחנים בתכונות ההופכות אותם ל׳׳חיית מעבדה״ מעולה: קל לגדלם במעבדה ומחזור חייהם קצר; ניתן לשלוט באופן מדויק בהרכב מצעי המזון שעליהם הם גדלים; קל לערוך ניסויים מכוונים בגנים שלהם וקל יחסית לחקור ולהבין את תוצאות הביולוגיות של שינויים אלה.

בהיותם תאים פשוטים בעלי גרעין, צפוי היה למצוא נקודות דמיון בינם לבין תאים מפותחים יותר כמו תאי אדם. אחד הממצאים המדהימים שעלו מהמחקר הגנטי בשמרים היה עד כמה גדול דמיון זה. התברר כי רוב המנגנונים הביולוגיים הקיימים בשמרים נשמרו במהלך האבולוציה וקיימים גם בתאי אדם, ומידת דמיון זו גבוהה עד כדי כך שלעתים קרובות ניתן להחליף את הגן המצוי בשמרים בגן המקביל באדם, וזה פועל באופן תקין בתא השמרים. כך ניתן להפיק מן המחקר בשמרים מידע רב על תפקוד תאי האדם, כולל מידע על מחלות באדם. ואכן, ליותר ממחצית הגנים שנתגלו כמעורבים במחלות אנושיות יש גנים מקבילים בשמרים, בכללם גנים המעורבים במחלת הסרטן, שאת תפקודם לעתים קל יותר לברר בשמרים.

בשנים האחרונות נעשה מאמץ מרוכז לקבוע את הרצף הגנטי המלא של תא השמר. זהו פרויקט בעל היקף עצום, הוא נמשך חמש שנים והשתתפו בו כ־600 מדענים מאירופה, מאמריקה ומיפן. בתא השמר 16 כרומוזומים, המכילים בסך הכול כמות DNA שאורכה כ־12 מיליון ״אותיות״. פענוח רצף ה-DNA משמעותו קביעת הרצף המדויק של האותיות. נמצא כי לשמרים יש 5,885 גנים, מתוכם היו מוכרים כמה מאות בלבד לפני הפרויקט (לצורך ההשוואה: באדם מעריכים את מספר הגנים בכ־100,000). גנים אלה יוצרים את המערכת השלמה הדרושה לחייו של תא פשוט בעל גרעין. על־פי רצף הגנים ניתן להעריך מהו אופן התפקוד של כמחצית מהם. מניתוח זה עולה כי כ־14% מן הגנים אחראים למטבוליזם ולאגירת אנרגיה, 3% אחראים להכפלת ה־DNA ותיקונו, 20% ליצירת RNA וחלבונים והובלתם בתא, ו־4% אחראים ליצירת מבנים של התא. 

אחת המטרות הראשונות במחקרים בשנים הקרובות תהיה להבין את תפקידם של אלפי הגנים החדשים אשר נתגלו; כיצד מאורגנים הגנים על־פני הכרומוזומים; אילו אלמנטים נוספים קיימים בכרומוזום ומהו תפקודם. השמרים הם היצור הראשון בעל הגרעין שבו נקבע הרצף הגנטי המלא, וההצלחה בו מחזקת את התחושה כי ניתן יהיה לעמוד בתאריך היעד לסיום פרויקט הגנום האנושי - שנת 2005.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 20, ינואר 1997.

יום חמישי, 20 במרץ 1997

חיסול הארנבות באוסטרליה - איתי בן-פורת


ממשלת אוסטרליה נמצאת בימים אלו בעיצומו של מבצע רחב היקף שמטרתו לחסל את אוכלוסיית הארנבות ביבשת באמצעות נגיף קטלני. ב־1840 הובאו ליבשת אוסטרליה כ־12 ארנבות מאירופה, וב־1995 הוערך מספרן ב־300 מיליון. 

Oryctolagus cuniculus Tasmania 2.jpg
ארנבת אירופית  בטסמניה, אוסטרליה
צילום:  JJ Harrison, Wikimedia commons

הארנבות מהוות בעיה אקולוגית ראשונה במעלה באוסטרליה: הן פוגעות מאוד בצמחייה באזורים רבים ודוחקות את רגליהם של יצורים אחרים, מאכלסיה הטבעיים של היבשת. רשויות הרפואה חיפשו נגיף קטלני הפוגע אך ורק בארנבות, כדי לחסל אוכלוסייה זו או להקטין אותה באופן ניכר. הנגיף שהתאים למטרה זו היה נגיף ה-RHD (ר"ת של Rabbit  Hemorrhagic Disease virus).

בסתיו 1995 נערך ניסוי מבוקר בשחרור הנגיף באי לא מיושב בדרומה של אוסטרליה, אך הניסוי השתבש: הנגיפים הצליחו ׳׳לברוח״ מן האי, כנראה באמצעות זבובים או יתושים, ולהתפשט באזור החוף הדרומי של היבשת. ״תקלה״ זו מדגימה עד כמה קשה לצפות התנהגות של נגיפים ולהשתלט עליהם. למרבה המזל, החששות שהנגיף ידביק מינים אחרים של בעלי חיים, ואולי אף בני אדם, נתבדו. 

מסוף שנת 1995 הוחל בשחרור מבוקר של הנגיף בכל רחבי אוסטרליה, במבצע שהוא אחד הניסויים האקולוגיים הגדולים ביותר שנערכו אי פעם. עד כה נרשמה ירידה של עד 95% במספר הארנבות באזורים שונים, ועדיין לא דווח על מקרה שבו הנגיף הדביק יצור אחר. מה קורה כאשר מסלקים מן הסביבה בבת אחת יצור אשר נוכחותו הייתה כה ניכרת? מידע ראשוני מראה כי כבר עתה מתחילה התאוששות בצמחייה הטבעית של היבשת וגם באוכלוסיית בעלי חיים. אוכלוסיית הקנגורו המערבי האפור, למשל, מתחילה לגדול. ברור לחוקרים כי אי אפשר לצפות מראש את כל התוצאות הכרוכות בשחרור הנגיף. 

למרות ביטחונם של המדענים, עדיין קיים חשש כי הנגיף ימצא דרך להדביק יצורים אחרים, תסריט שיכול להיגמר בשואה אקולוגית או בפגיעה גדולה בבריאות ביבשת. כמו כן, חיסול הארנבות משפיע כבר עתה באופן בלתי צפוי על אוכלוסיות של בעלי חיים אחרים: מספרם של חתולי הבר ביבשת ירד בכ־90%, כנראה בשל היעלמות טרפם - הארנבות. האקולוגים מקווים כי החתולים יתרגלו למצב החדש וימצאו להם מקורות מזון אחרים. עדיין קיימת אפשרות כי בסופו של דבר יתגברו הארנבות על הנגיף ואוכלוסייתן תתאושש. אירוע דומה התרחש בשנות ה־50, אז פגעו בארנבות, באורח זמני, באמצעות נגיף אחר. 

אנשי רשויות הסביבה באוסטרליה מתכננים לבצע בשנים הקרובות מעקב ושחרור מבוקר של הנגיף, בשילוב עם אמצעים אחרים, כדי לנסות למנוע התאוששות של אוכלוסיית הארנבות.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 21,  מרץ-אפריל 1997