הנדסה גנטית - צבי עצמון

יצירת DNA-רקומביננטי - חיבור קטעי DNA ממקורות שונים

 

ב-1868 בודד הפתולוג הגרמני פרידריך מיישר (Micscher) חומצה גרעינית - חומצה דאוקסיריבו-נוקליאית (DNA) - מתאים שהוציא מתוך פצעים מוגלתיים. ה-DNA נראה היה חומר משעמם מאוד, לפחות בהשוואה לחלבונים שזכו לכבוד מלכים: חלבון בנוי מכ-20 חומצות אמינו שונות, בעוד ה-DNA בנוי בסך הכל מארבע אבני יסוד, ארבעה נוקליאוטידים (הסימון המקוצר שלהם C ,T ,A ו- G). ב-1944 הוכיחו אוסוולד אוורי ועמיתיו מקלין מקרטי וקולין מקלאוד (Avery, McCarty, MacLeod) כי DNA - ולא חלבון - שמקורו בזן אחד של חיידקי פנוימוקוקוס (Streptococcus pneumoniae), משנה את תכונותיהם התורשתיות של חיידקי פנוימוקוקוס בני זן אחר. כך, 76 שנה לאחר בידודו, זכה ה-DNA בכבוד הראוי לו כחומר הקובע את התכונות התורשתיות.

בסוף שנות ה-40 בדק ארווין צ׳ארגף (Chargaff) DNA של יצורים שונים, ומצא כי בכל המקרים כמות הנוקליאוטיד A שווה לכמות הנוקליאוטיד T, וכי כמות הנוקליאוטיד C שווה לבמות הנוקליאוטיד G. ממצא זה היווה בסיס הן לפיענוח מבנה ה-DNA והן לפיענוח אופן תפקודו. ואז, לפני 50 שנה - ב-25 באפריל 1953, פורסם ב-Nature מאמרם של ג׳יימס ווטסון ופרנסיס קריק (Watson, Crick) המצביע על מבנה ה-DNA כמולקולה עשויה משני גדילים (חוטים) מתפתלים - ״הסליל הכפול" - הקשורים ביניהם באמצעות קשרים בין זוגות הבסיסים A עם C-1T עם G. מאמר קצר, הרבה יותר קצר מרשימה זו, שהוא ודאי אחד המצוטטים ביותר בהיסטוריה. ב-1962 זכו ווטסון וקריק יחד עם מוריס וילקינס (Wilkins) בפרס נובל.

פרנסיס קריק הוכיח ב-1961 כי שלשות של נוקליאוטידים הן המהוות צופן להצבת חומצות האמינו בחלבון, כך שה״אות" הבסיסית בשפת ה-DNA (קודון) היא שלשה של נוקליאוטידים. קריק היה גם מעורב בפיענוח הצופן - אילו קודונים ב-DNA מקודדים הצבת אילו חומצות אמינו בחלבונים. פיענוח הקוד הגנטי הושלם בתחילת שנות ה-60 על ידי מרשל נירנברג, רוברט הולי והר גובינד חוראנה (Nirenberg, Holley, Khorana), שזכו בפרס נובל בשנת 1968. השלשה ATG, למשל, מקודדת הצבה בחלבון של חומצת האמינו מתיונין, והשלשה TTT - הצבת חומצת האמינו פניל-אלנין. 

ב-1970 דיווח חוראנה על הישג נוסף - הצלחתו להרכיב מחומרי גלם קטע DNA הזהה לגן שלם של שמרים - הגן הראשון שנוצר באופן מלאכותי. 

ב-1967 זוהה אנזים (DNA-ליגאז) שמחבר זה לזה קטעי DNA , וב-1969 זוהו אנזימי ביקוע (בשפת אנשי הגנטיקה המולקולרית: ״אנזימי הגבלה", restriction) - אנזימים הקוטעים את ה-DNA; ב-1978 הוענק פרס נובל עבור גילוים לוורנר ארבר, דניאל נתנס (Arber, Nathans) והמילטון סמית, שעכשיו הוא שותפו של ונטר בפרויקט בניית הכרומוזום המלאכותי. בשנת 1972 נולדה באוניברסיטת סטנפורד הטכניקה של יצירת DNA-רקומביננטי (בעבר הצעתי לכנותו DNA-רקום; אכן מדובר בחיבור של חוטים, חוטי DNA).

אנזימי ביקוע מזהים כרגיל רצף פלינדרומי של נוקליאוטידים - לאמור, רצף שנראה זהה משמאל לימין ומימין לשמאל (בגדיל המשלים). כך למשל מול הרצף GAATTC ניצב, בגדיל המשלים, הרצף הפלינדרומי לו CTTAAG. בעקבות פעולת אנזימי ביקוע נוצרים קטעי DNA בעלי "קצוות דביקים" - קצוות DNA חד-גדיליים, שיכולים להיצמד לקצוות דו-גדיליים של DNA שמוצאו מיצור חי אחר. בודדו מאות אנזימי ביקוע שונים, כך שניתן לבקע (לחתוך) את ה-DNA באתרים ספציפיים שונים לאורכו.

יצירת DNA רקומביננטי - חיבור קטכי DNA ממקורות שונים

תוך שימוש בטכניקה של יצירת DNA-רקומביננטי הצליחו ב-1973 סטנלי כהן והרברט בויאר (Cohen, Boyer) לחבר גן של קרפדה ל-DNA של חיידק ולהחדיר DNA רקומביננטי זה לתאי חיידקים. הגן המוחדר שוכפל כל פעם שהחיידק התחלק. עידן חדש הפציע - ההנדסה הגנטית נולדה. 

ב-1980 נוצר עכבר טרנסגני, שהכיל גן זר שהוחדר לביצית שממנה התפתח. באותה שנה גם הצליחו להחדיר גן אדם לתוך תא חיידק, באופן שהגן קודד את החלבון האנושי שעל ייצורו באדם הוא מופקד. ב-1982 אושר לשימוש בחולי סוכרת אינסולין אדם שנוצר על ידי חיידקים שבהם הושתל גן אנושי בהנדסה גנטית.

ב-1990 הוכרז רשמית על "פרויקט הגנום האנושי". 3 מיליארד דולר הוקצו לפרויקט, ותאריך היעד לסיומו ונקבע ל-2005. 

ב-1995 פירסמו ונטר וסמית את רצף ה-DNA השלם של החיידק Haemophilus. ב-1998 קרא ונטר תיגר על פרויקט הגנום האנושי - הוא, כך הכריז, יסיים את פיענוח הגנום האנושי כבר ב-2001. 

פורסם ב"גליליאו" גיליון 53,  ינואר 2003.