שיטה חדשה שפותחה במחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן לעריכת גנים עשויה לתת מענה בעתיד לשאלות כמו אילו שילובי מוטציות מסייעים לתאי הסרטן לשרוד, אילו תאים והמסלולים במוח מעורבים במחלת אלצהיימר וכן כיצד תאי המערכת החיסונית מחליטים אם וכיצד להשמיד תא סרטני; כך הודיע השבוע מכון ויצמן.

לדברי המכון, במסגרת במחקר שהוביל לשיטה החדשה שולבו שתי טכנולוגיות משוכללות -  טכנולוגיית קריספר (CRISPR) לעריכת גנים, והטכנולוגיה לבניית הפרופיל הגנומי של התא הבודד. דיווח על המחקר פורסם החודש בכתב העת Cell, במקביל לשני מחקרים דומים שחשפו שיטות מחקר דומות וחדשניות אף הן שבוצעו ב"מכון ברוד" במסצ'וסטס ובאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו.

השיטה החדשה שפותחה בארץ מאפשרת למדענים לערוך שינויים בגנים, לעקוב אחר השפעת השינויים הללו בתאים הבודדים, ולאפיין אותם ברזולוציה שלא התאפשרה עד כה. כל אלה יתרמו לקיצור משמעותי בזמן הדרוש לעריכת ניסויים בהנדסה גנטית.

"ניסוי בודד שייערך בשיטה שפיתחנו עשוי להיות שווה לאלפים רבים של ניסויים הנעשים כיום ולהאיץ בצורה משמעותית את תהליך הפיתוח של תרופות עתידיות", הסביר פרופסור עידו עמית שהוביל את המחקר.

ד"ר עידו עמית (צילום: מכון ויצמן)

ד"ר עידו עמית (צילום: מכון ויצמן)

והוא מפרט: טכנולוגיית קריספר לעריכת גנים שינתה את פניו של המחקר הביולוגי והשימוש בה לצורך מחקר קליני "נמצא מעבר לפינה". בבסיס הטכנולוגיה הזאת עומד מנגנון שאותר בחיידקים - מערכת חיסונית פרימיטיבית. מערכת זו, התברר, "גוזרת" DNA של נגיפים תוקפים, ו"מדביקה" אותו בגנום החיידקי כאמצעי ללוחמה עתידית בנגיפים.

בין השאר, משתמשים בטכנולוגיה זאת לביצוע שינויים בחלקים מהגנום במגוון אורגניזמים ובסוגי תאים שונים. חסרונו של הקריספר טמון בהיותו כלי מחקר שלבדו איננו מאפשר להבין במדויק את השפעתו של השינוי הגנטי. "לאור זאת, לעיתים קרובות, אנחנו מתקשים לאבחן מהי בדיוק התוצאה של העריכה הגנטית", הוסיף ד"ר דייגו חייטין, ממחברי המאמר. "רוב התהליכים בגוף סבוכים, ואין אפשרות לפענח אותם באמצעות הכלים הנוכחיים".

הכותבים הראשיים הנוספים של דו"ח המחקר הם ד"ר עידו יפה וד"ר אסף וינר – שניהם מקבוצת המחקר של פרופסור עמית.

פרופ' עמית: "הטכנולוגיה החדשה מאפשרת 'לערוך' את הגנים בתאים ולעקוב אחר השינויים החלים במגוון סוגי תאים ובמצבים השונים שלהם"

בשנים האחרונות משכלל הצוות הזה את הטכנולוגיה לריצוף תכולת ה-RNA בתאים הבודדים - שהיא "הרגל השנייה" בשיטה החדשה. "מדובר בשדה מחקר שמתפתח במהירות רבה. יש לו השפעה עצומה על עולם הביוטכנולוגיה", ציין פרופסור עמית. "טכנולוגיה זו מאפשרת לאבחן נקודתית את התפקוד של כל אחד מהתאים, וגם לחשוף את הרכבם המולקולרי. במלים אחרות: מדובר במיקרוסקופ מולקולרי חדש ורב-עוצמה".

באמצעות הטכנולוגיה הזאת מסוגלים כבר המדענים לרצף עשרות אלפי תאים מרקמה נתונה ולחשוף את תפקידו של כל אחד מהם. "שיטה זו שימשה אותנו לצורך הבנת תופעות רבות, כמו תהליכי ההתפתחות של המוח העוברי והשפעותיו, או האופן שבו מתפקדים תאים מסוימים במערכת החיסונית - לרבות במחלות מוח ניווניות וסרטן. אלא שגם כאן קיים עדיין חיסרון: הטכנולוגיה יודעת לחשוף רק את המצב המולקולרי הקיים בדגימת רקמה נתונה, אך לא כיצד ניתן להנדס אותה לצורך ריפוי עתידי".

לאור השילוב בין שתי הטכנולוגיות הללו, על יתרונותיהן המשמעותיים, הצליחו המדענים לפתח כלי מחקר רב-עוצמה. "הטכנולוגיה החדשה", אמר פרופסור עמית, "מאפשרת 'לערוך' את הגנים בתאים ולעקוב אחר השינויים החלים במגוון סוגי תאים ובמצבים השונים שלהם. האתגר העיקרי שמולו התמודדנו היה להתאים את טכנולוגיית עריכת הגנים לזו של ריצוף RNA בתאים הבודדים. המטרה שעמדה לנגד עינינו הייתה ביצוע שורת שינויים בגנום של תאים רבים (לרבות שינויים בכמה גנים בעת ובעונה אחת ובאותו התא), ואחר כך בדיקת התוצאה ברמת התא הבודד. כדי לעשות זאת פותחו טכניקות מולקולריות חדשות לזיהוי התאים ששונו ולזיהוי השינוי המולקולרי שהתרחש בכל תא ותא, לצד שיטות חישוביות חדשות".

כתוצאה מריצוף ה-RNA באלפי תאים התקבל מאגר עצום של מידע. "זה הציב בפנינו אתגר, כי ערכים רבים במאגר היו חסרים", אמר עוד פרופסור עמית, "כדי להתגבר על הבעיה וכדי שנוכל לסווג נכונה את המידע, פותח אלגוריתם שמטרתו לחלק את התאים לקטגוריות. קיבצנו תאים שהפגינו התנהגות דומה, באופן המזכיר את האלגוריתם של חברת המדיה 'נטפליקס'. הוא מקבץ יחדיו אנשים שאוהבים סרטים דומים, וכך יכול לדעת אם אדם מסוים צפוי לאהוב סרט זה או אחר".

"כך הצלחנו לזהות את תפקידיהם של גנים רבים – תפקידים שלא היו ידועים עד היום", הוסיף ד"ר וינר, שעמד מאחורי פיתוח האלגוריתם. "השיטה המשולבת איפשרה לחקור כיצד פועלים התאים החיסוניים בעכבר, בעודם נלחמים בפתוגנים. הניסוי הזה בוצע כדי לבחון את הטכנולוגיה שפותחה – מה שאפשר לראות אילו גנים מעורבים בלחימה בפתוגן, וכיצד עריכתם מסייעת בפיתוח חיסונים יעילים יותר".

"השיטה שפיתחנו, תוצאה של שילוב שתי הטכנולוגיות, יכולה להניב תובנות שאף שיטה שעומדת לבדה איננה יכולה להניב", הדגישו מובילי המחקר. לדברי ד"ר יפה: "השילוב ביניהן מאפשר לקבל תוצאות ממחקר במהירות וברזולוציה גבוהה מאוד, כאשר הרבגוניות והדיוק שבשיטה יוכלו לאפשר, בעתיד, חקר שאלות פתוחות רבות והפקת ממצאים שאיש עדיין איננו יודע עדיין לחזותם".