במשך כעשרים שנה התייחסה קהילת המדענים בספקנות לעבודתה של עדה יונת על חשיפת מבנה הריבוזמים. היום, כשהשיטות שפיתחה עובדות, יש לה הרבה שותפים.
לפני כעשרים שנה, עת פרסמה עדה יונת - המשמשת כיום פרופסור במחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן - תוצאות ראשונות שהתבססו על שיטה שפיתחה לבירור מבנה הריבוזום, הרימו עמיתיה גבה והתייחסו לתוצאות בספקנות רבה. בירור מבנה הריבוזום נראה אז כשאלה בלתי ניתנת לפתרון.
הריבוזומים הם בתי החרושת לייצור החלבונים בתא, רכיב תאי מורכב ביותר. בריבוזומים נעשה תרגום הצופן הגנטי שב-DNA לחלבונים. החלבונים הם החומרים העיקריים המבצעים את תהליכי החיים ופעילותם תלויה בהרכב הכימי ובמבנה המרחבי שלהם.
הריבוזומים מייצרים את החלבונים במהירות גבוהה, המוכתבת על-פי צורכי התא, ובדיוק מפתיע, על פי המידע הצפון בגנים. יצירת החלבונים בריבוזום היא אחד מתהליכי החיים המסקרנים ביותר, שפענוחו יסייע בהבנת מחלות הנובעות מפגם בתהליך התקין.
הריבוזומים הם צברים גמישים הבנויים ממספר רב של חלבונים וחומצות גרעין המאורגנים בשתי יחידות משנה - יחידה גדולה ויחידה קטנה. חלוקת התפקידים בין שתי תת-היחידות דומה לזו של מפעל ייצור תעשייתי: היחידה הקטנה מייצגת את ה"מוח" - בה מתחיל ומסתיים תהליך ייצור החלבונים. תת-יחידה זו מקבלת את הוראות הבניה של החלבונים, בוררת את חומצות האמינו, ובה מתקיים תהליך תרגום הצופן הגנטי שבחומצות הגרעין לחלבון. בתת-היחידה הגדולה נעשה חיבור חומצות האמינו לחלבון.
מדענים רבים במקומות שונים בעולם מנסים מזה עשרות שנים לפענח את מבנה הריבוזום ודרך פעילותו אך בשנות ה-80 ואפילו במחצית שנות ה-90 נראתה המשימה בלתי אפשרית.
כדי לגלות את המבנה המרחבי של מולקולות ביולוגיות, ומבנים מיקרוסקופיים אחרים, יוצרים מהם המדענים גבישים. את הגבישים האלה הם מקרינים בקרני X (רנטגן). מדידת הקרינה המתפזרת מהגביש, בתוספת מידע על כיווני הפיזור והפעלת שיטות מתמטיות מתקדמות, שילוב כל אלה מאפשר פענוח המבנה המרחבי. טכנולוגיה זו קרויה "קריסטלוגרפיה בקרני X". גודל הריבוזומים, מורכבות המבנה שלהם, הגמישות הפנימית וחוסר יציבותם מנעו כל אפשרות גיבוש, והיו צפויים לגרום קשיים ניכרים במדידות הקריסטלוגרפיות, ולכן חוקרי הריבוזומים היו משוכנעים כי אין כל אפשרות לקבוע את מבנם המדויק.
|
עדה יונת החליטה להתמודד עם המשימה. לנגד עיניה עמדו דובי הקוטב שנכנסים לתנומת חורף. הריבוזומים של הדובים השרויים בשנת חורף מסודרים בתא במבנה דמוי גביש, וכך הם נשמרים במשך תקופה ארוכה. "דובי החורף הם שהביאו אותי להחלטה לנסות את הבלתי אפשרי, ולמצוא דרכים לגבש את הריבוזומים", היא מספרת, ומוסיפה "הייתי מלאת התלהבות והחלטתי להתמודד עם האתגר. חיפשתי מקורות לקבלת ריבוזומים מסוגים שונים בכמות מספקת ובאיכות גבוהה". בכנס מדעי פגשה יונת את פרופ' הנס גינתר ויטמן, שהיה אז מנהל מכון מקס פלנק לגנטיקה מולקולרית בגרמניה, שסיפר לה כי החומר אותו היא מחפשת נמצא אצלם בכמויות גדולות. "הוא פשוט היה מונח במקפיא בהמתנה שמישהו יתחיל להשתמש בו" היא נזכרת. היא החלה לעבוד בגרמניה ומצאה את תנאי העבודה שאפשרו לה לגבש את הריבוזומים. עברו יותר מעשר שנים עד שהצליחה לקבל את התמונה הראשונה של ריבוזום בהפרדה (רזולוציה) מתקבלת על הדעת.
|
עמיתיה לא השתכנעו. מקצתם פקפקו באמינות הדיווח שלה, והיו שאמרו שאין סיכוי שהגבישים שבודדה יצליחו לפזר קרני רנטגן, כך שניתן יהיה לפענח את מבנה הריבוזום. תוחלת החיים הקצרה של הגבישים הציבה בעיה קשה: היה צורך בקרינת X חזקה על מנת לקבל תמונה קריסטלוגרפית, אך גבישי הריבוזומים שנחשפים לקרינה כה חזקה מתפרקים כמעט מייד. יונת התגברה גם על זה. היא פיתחה טכניקה המאפשרת לקרר במהירות את גבישי הריבוזומים עד למינוס 180 מעלות צלזיוס, וכך האטה את התפרקות הגביש. טכניקה זו המכונה "קריו-קריסטלוגרפיה", שולטת עד היום בקרב הקריסטילוגרפים הביולוגיים.
שיפור נוסף בשיטות העבודה הכניסה יונת כאשר בחרה לעבוד עם חיידק ממעיינות חמים, העמיד לטמפרטורות גבוהות, ועם חיידק מים המלח שעמיד בריכוזי מלח גבוהים. "מאחר שכל ריבוזום יודע לקרוא את כל הצופנים הגנטיים ידענו שנוכל לקבל תשובות אמינות גם בעבודה בחיידקים", אומרת יונת. ההנחה היתה כי בחיידקים החיים בתנאים קיצוניים, הריבוזומים יותר יציבים מאלה של חיידקים החיים בתנאים רגילים.
פריצת הדרך האמיתית בחקר הריבוזומים היתה ב-1995. עד אז התמונות שהושגו נתנו הצצה מוגבלת לעולמו של הריבוזום, כי הצליחו לחשוף פרטים מעטים בלבד מן המבנה הסבוך, ולא היה ניתן למצוא אפילו נקודת התחלה בתוך שלל המידע, שממנה אפשר יהיה להתקדם הלאה. יונת קבעה "נקודות התייחסות" בריבוזום בכך שסימנה אותן בסמנים המאותתים היכן מצויים בהם האתרים הפעילים. היא הצליחה לקבל תמונות של חלקיקי הריבוזומים בשלבי פעולה שונים. כאשר מניחים את התמונות זו לצד זו, תהליך סינתזת החלבונים מתקבל כמו בסרט קולנוע, ואולם עדיין היה צורך בשיפור הרזולוציה.
המבנה המדויק של תת-היחידה "החושבת" של הריבוזום,
|
בשלבים אלה כבר היו ליונת הרבה שותפים-מתחרים - עמיתים שאך עשר שנים קודם לכן לא התייחסו ברצינות לשיטה, עלו על העגלה הדוהרת, והחלו להשתמש בשיטות שפיתחה לגיבוש ריבוזומים ובדיקת המבנה שלהם; אפילו השתמשו, כמוה, בחיידקים החיים בתנאים קיצוניים. בכך החל מרוץ לבירור מבנה הריבוזומים. באוגוסט 1999 הופיעו שני מאמרים בכתב העת נייצ'ר של שתי קבוצות מתחרות, שניהם דנים במבנה תת-היחידות של הריבוזום. ארבעה שבועות אחר-כך פורסם בכתב העת Science מחקר שדן במבנה הריבוזום כולו. בכל המחקרים האלה רמת ההפרדה לא היתה מספקת על מנת להבחין בפרטים הקטנים. מספר שבועות אחר-כך פרסמה יונת בכתב העת "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים" תוצאות יותר מדויקות. בחודש אוגוסט האחרון התפרסמה עבודת הקבוצה המתחרה מאוניברסיטת ייל בכתב העת Science (ראו: "עולם ה-DNA, גליליאו 42 עמ' 4). בתחילת ספטמבר 2000 פרסמה יונת בכתב העת Cell מחקר שבו דיון מפורט במבנה תת-היחידה הקטנה של הריבוזום ברמת הפרדה גבוהה אף יותר, המאפשרת הבחנה במרכז שבו נעשה פיצוח הקוד הגנטי, ובסוף ספטמבר הצטרפה למעגל הקבוצה המתחרה מקיימברידג' שפרסמה את תוצאותיה ב-Nature.
מכל העבודות האלה ברור כי הריבוזום הוא אנזים הבנוי מ-RNA, כלומר - כל הפעולות האנזימטיות, ובכללן קריאת הקוד הגנטי, "בחירת המשתתפים", תרגום הקוד ובניית הקשר החלבוני - מתבצעות על-ידי RNA. התברר גם שהריבוזום הוא מכונה מופלאה שיודעת להעביר מסרים למרחקים ארוכים. בנוסף, התגלו בריבוזומים אלמנטים מבניים חדשים ומיוחדים בארכיטקטורה שלהם ובהתאמתם לצורכי הפעילות הביולוגית.
פריצת הדרך נעשתה והמחקרים נמצאים בעיצומם. פענוח המבנה המרחבי של הריבוזום נכלל בין עשר התגליות החשובות של שנת 1999 על ידי כתב העת Science. תרומתה המכרעת של יונת ופיתוחיה שאפשרו להגיע להישגים אלה כבר זיכו אותה בפרסים רבים.
פורסם ב"גליליאו" גיליון 43, עמ' 45-44, ינואר-פברואר 2001.
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה