גיבוי גנטי

מדעני מכון ויצמן הוכיחו את קיומו של מנגנון ל"תרומת חומר גנטי", המונע היווצרות מוטציות גנטיות בתהליך חלוקת התא

פורסם ב"המכון" 28, ספטמבר 2002.

פרופ' צבי ליבנה. תיקון נזקים בחומר הגנטי


בני-אדם הם יצורים פגיעים, אבל כשמדובר בפגיעה בחומר הגנטי אין כמעט הבדל ביניהם לבין בעלי-חיים שונים, לרבות מיקרואורגניזמים חד-תאיים. 20,000 פגיעות ביום - זו המנה הממוצעת שסופג החומר הגנטי האצור בגרעיני התאים החיים שמרכיבים את הגוף. פגיעה כזאת יכולה להיגרם, למשל, כתוצאה מספיגת קרינה, דוגמת קרינת השמש, וכן כתוצאה ממגע עם חומרים שונים. פגיעות אלה עלולות לשבש את סדר מרכיביו של החומר הגנטי וליצור מוטציות (התמרות) גנטיות, דבר שעלול להוביל להתפתחות הפרעות ומחלות שונות.

כדי להימנע מהיווצרותן של מוטציות לא רצויות, מפעילים התאים מערכות לתיקון הנזקים שנגרמים ללא הרף לחומר הגנטי. ברוב המקרים המערכות הללו נוקטות אסטרטגיה של "הכל או לא כלום": כאשר הן אינן מצליחות לתקן את הנזק בדייקנות, הן מפסיקות לפעול, דבר שעוצר את תהליך השיכפול הגנטי, אבל בה בעת גורם תוצאה חריפה ושלילית עוד יותר: מות התא. למרבה המזל, הטבע השכיל ליצור גם מערכות תיקון שאינן "פרפקציוניסטיות" עד כדי כך. מערכות אלה, שניחנות בסוג מסוים של "רשלנות", מאפשרות היווצרות כמות קטנה יחסית של מוטציות, שמצד אחד מהוות סיכון מסוים, אבל מצד שני, הן ממשיכות את הקיום, וביניהן יכולה לפעול ברירה טבעית - שהיא הכוח העיקרי המניע את האבולוציה.

פרופ' צבי ליבנה, ראש המחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, חשף בעבר כמה מסודותיהן של המערכות האלה, ובאחרונה עלה בידו להוכיח את קיומו של מנגנון תיקון גנטי נוסף, המבוסס על קבלת "תרומה" של חומר גנטי. ממצאי המחקר הזה התפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי MOLECULAR CELL. בצוות המחקר של פרופ' ליבנה השתתפו תלמידי המחקר אלה ברדיצ'בסקי וליאור יזהר.

כשמגיע זמנו של תא חי להתחלק ולהתרבות, נפתח הסליל הכפול של מולקולות ה-DNA שבגרעין התא, ושני הגדילים, שעד אותו רגע היו מלופפים זה סביב זה, מתרחקים זה מזה, ומול כל אחד מהם, בנפרד, נוצר גדיל תואם (על פי ההתאמה הייחודית בין בסיסי הנוקליאוטידים, שהם המרכיבים המחברים את גדילי המולקולה זה לזה). תהליך היצירה של הגדיל התואם מבוצע על ידי אנזים מיוחד (DNA פולימרז), ה"נוסע" על הגדיל הקיים כמעין רכבת המחליקה על חד-פס. ה"רכבת" הזאת "קוראת" את הרצף הגנטי של הגדיל שעליו היא נוסעת, ועל פיו היא מתאימה לו גדיל תואם. אם וכאשר האנזים המשכפל הזה מגיע לנזק או ל"קילקול" בגדיל הבודד של ה-DNA, הוא קופא על מקומו וחדל ממלאכתו. ברגע זה נכנסות לפעולה מערכות מיוחדות המנסות לתקן את החומר הגנטי הפגוע, במחיר של יצירת מוטציה. אלא שכאמור, ביצירת מוטציות טמון סיכון לא מבוטל, והמערכת הביולוגית שואפת להקטין ככל האפשר את השימוש בפתרון הזה.

כיצד אפשר לתקן נזק גנטי מבלי להסתכן ביצירת מוטציה? עוד בשנות ה-60 שיערו המדענים, כי הפתרון עשוי לבוא מכיוונו של הכרומוזום התאום (בתהליך התחלקות התא נוצרים מכל כרומוזום שני כרומוזומים זהים לחלוטין, שכל אחד מהם מיועד לאחד מהתאים החדשים שייווצרו מהתא המקורי). הכרומוזום התאום מכיל את כל החומר הגנטי שמצוי בכרומוזום שבתהליך היווצרותו חלה תקלה, כך שהמידע הגנטי ששובש בו ניתן לשיחזור מדויק על פי המקטע הגנטי המקביל שבכרומוזום השני, המשמש במובן זה כמעין "גיבוי". לפיכך שיערו המדענים, שקטע ה-DNA המתאים עשוי להתנתק מהכרומוזום התאום התקין, ולעבור אל הכרומוזום הפגוע. כך, לכל אחד מהכרומוזומים התאומים יהיה - באזור התקלה - מקטע חד-גדילי שלם ותקין, שעל פיו הוא יוכל להשלים את הרצף הגנטי, ולבנות לו גדיל נגדי משלו.

הבעיה הייתה, שפתרון שכלתני זה, שנראה כאילו נלקח מתוך משחקי חשיבה לוגיים, לא נצפה מעולם בשום מערכת ביולוגית. שאלה זו עמדה פתוחה, עד שבמחקרו הנוכחי הצליח פרופ' ליבנה, לראשונה, להוכיח את קיומו של מנגנון התיקון הזה. למעשה, מתברר שמנגנון התיקון המבוסס על "תרומה גנטית" מהכרומוזום התאום אחראי לרוב (85%) תיקוני הנזקים המתחוללים בתאים חיים, ושלא תוקנו במערכות אחרות, בעוד ששיטת התיקון האחרת, המבוססת על אנזימי שיכפול "רשלניים" יחסית, המרשים היווצרות מוטציות, אחראית לכ-15% מהתיקונים שלא תוקנו במערכות האחרות.

המחקר בוצע בחיידקי Escherichia coli, אך האנזימים החותכים, מחברים, קוראים ויוצרים את החומר הגנטי שמורים היטב באבולוציה; כלומר, גרסאות שלהם קיימות ופועלות גם בבעלי חיים מפותחים, לרבות בני-אדם. לממצאים אלה עשויה להיות חשיבות, בין היתר, בתחום המלחמה בחיידקים שפיתחו עמידות כנגד תרופות אנטיביוטיות קיימות, וכן בתחומים נוספים של הרפואה המתקדמת, לרבות ריפוי ואיבחון גנטי.



באדיבות המחלקה לפרסומים ותקשורת, מכון וייצמן למדע.