כעת, ניתן לערוך את הגנום ולראות את ההשפעה 

כלי מהפכני לעריכת מקטעים גנטיים בשם קריספר (CRISPR) כבש לאחרונה את עולם המדע בסערה. הודות לתכונה ייחודית, הוא מאפשר לשנות, להסיר ולהכניס גן חדש לתוך רצף גנטי קיים. טכנולוגיה זו עומדת כעת בבסיסם של מאות פיתוחים מדעיים, החל מהסרת המלריה מיתושים ועד טיפול בניוון שרירים. אך מדענים רבים ברחבי העולם עדיין עומדים חסרי אונים אל מול החיסרון הגדול ביותר של הכלי - היכולת להבין מהי התוצאה של עריכת הגנום.

פרופ' עידו עמית ממכון ויצמן למדע וצוותו הצליחו לאחרונה לשלב את יכולות הקריספר עם כלי נוסף בשם ריצוף RNA  של תא בודד (Single-cell RNA sequencing), ובכך פתח עבור מדענים את הדלת לביצוע מניפולציות על גנים בתוך תא בודד בזמן אמת ולהתבוננות בהשפעה של השינויים על תפקוד התא. פריצת דרך זו, שפורסמה בכתב העת היוקרתי Cell בחודש דצמבר 2016, עשויה לסייע לעולם המדע לשפר את ההבנה בנוגע לטווח רחב של מחלות – מאלצהיימר ועד סרטן – וכן לטפל בהן בהצלחה.

פרויקט הגנום האנושי הושלם בהצלחה לפני למעלה מעשור – ובכך סיכם מאמץ בינלאומי לרצף את כל ה-DNA של האדם. אוצר בלום זה של מידע הוביל לאינספור תובנות חדשות בדבר הקשר בין מוטציות גנטיות ומחלות, סיווג גנטי של וירוסים לטובת טיפול ישיר, התפתחויות בעולם הזיהוי הפלילי, סוגים חדשים של מזון וצמחים ועוד. קריספר התגלה לפני מספר שנים בחיידקים ומאז הפך לכלי מחקר בידי מדענים המעוניינים לערוך גנים של בני אדם, חיידקים, וירוסים וצמחים - בדיוק, ביעילות ובגמישות מרביים. השימוש בקריספר לצרכים קליניים בבני אדם צפוי להפוך למציאות בקרוב מאוד.

"למרות המהפכה שסיפק, הקריספר כשלעצמו הוא כלי מחקר בעל מגבלות, שכן לעתים קרובות אנו מתקשים לבחון את התוצאות של עריכה גנטית או להבין אותן", אומר פרופ' עמית, חבר המחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן. ד"ר דייגו חייטין, מדען סגל במעבדתו של פרופ' עמית, מוסיף כי "עד כה, התמונה שקיבלנו לאחר השימוש בקריספר הייתה ב"שחור-לבן", אך מרבית התהליכים המתרחשים בגופנו הם מורכבים מזה - ואף כאוטיים. המטרה שלנו הייתה לקבל תמונה מפורטת, על כל צבעיה וברזולוציה גבוהה".

מיקרוסקופ מולקולרי חדש

בניגוד לתוצאות "שחור-לבן", ריצוף RNA של תאים בודדים מציג תמונה מרהיבה של דקויות. הטכנולוגיה כוללת ריצוף של מולקולות ה-RNA המשמשות להעברת מסרים בכל תא ותא – מסרים המעידים על פעילות תאית. תהליך הריצוף משרטט בבהירות את המבנה המולקולרי של כל תא ומאפשר לאפיין את הזהות של כל תא מתוך מגוון רחב, ולהעריך את תפקודו.

"זהו מיקרוסקופ מולקולרי חדש", אומר פרופ' עמית, ומוסיף כי ביכולתו של כלי זה לספק תמונת מצב מפורטת של תאים ורקמות.

האתגר הגדול עבור פרופ' עמית וצוותו, ד"ר אסף ווינר וד"ר עידו יפה, היה להתאים את שיטת הקריספר כך שתוכל לפעול בשילוב עם שיטת הריצוף של המעבדה. מאמץ זה דרש זיהוי מדויק של כל תא, אשר דרש פיתוח של אלגוריתמים מתוחכמים ועיבוד של נתונים רבים מאוד, כך לדברי ד"ר ווינר. שילובן של שתי השיטות, אומרים החוקרים, יכול להוביל לתובנות חדשות שאף טכנולוגיה בנפרד אינה מסוגלת להפיק. התוצאות המתקבלות משימוש בכלי המשולב זמינות ברזולוציה חסרת-תקדים עבור סוג זה של מחקר וכן מתקבלות במהירות שיא, מוסיף ד"ר יפה. פרופ' עמית וצוותו צופים כי הכלי המשולב יסלול את הדרך למחקרים חדשניים במגוון רחב של תחומים.

תוצאות המחקר פורסמו יחד עם תיאורים של טכנולוגיה דומה, אשר פותחה במקביל במכון ברוד (Broad) בבוסטון ובאוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו (UCSF).

"הפיתוח של קריספר קידם משמעותית את יכולתנו להבין ולהתחיל לערוך מעגלים חיסוניים", אומר פרופ' עמית. "אנחנו מקווים כי הגישה שלנו תהווה את הזינוק הבא קדימה ותספק, בין היתר, יכולת להנדס תאים חיסוניים למטרות של אימונותרפיה".

Prof. Ido Amit's research is supported by the Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science; the David and Fela Shapell Family Foundation INCPM Fund for Preclinical Studies; the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust; the Rosenwasser Fund for Biomedical Research; the Alan and Laraine Fischer Foundation; Isa Lior, Israel; Drs. Herbert and Esther Hecht, Beverly Hills, CA; the Comisaroff Family Trust; Rising Tide; the David M. Polen Charitable Trust; the BLG Trust; and Mr. and Mrs. Harold Hirshberg, Park Ridge, NJ. Prof. Amit is the recipient of the Helen and Martin Kimmel Award for Innovative Investigation.

 

פרופ" עידו עמית