חדשות

עבודתה של ד"ר גילי ביסקר ומנהלת המעבדה שלה ד״ר עדי הנדלר-נוימרק בנושא, התפרסמה בכתב העת המדעי Materials Today Bio בה הן חושפת את השיטה החדשנית למעקב אחר ננו-הצינוריות מפחמן בתוך תולעים. במחקר הייתה שותפה גם ד״ר ורנה וולף, פוסטדוקטורנטית במעבדתה של גילי.

ד"ר ביסקר מפתחת במעבדה שלה ננו-חיישנים אופטיים תוך שימוש בתכונות האופטיות של ננו-הצינוריות מפחמן כדי לזהות ולכמת מולקולות מטרה בצורה ספציפית וסלקטיבית. החיישנים מבוססים על ננו-צינוריות מפחמן הפולטות פלורסנציה בתחום האינפרא-אדום הקרוב, וכך מתאפשר לראות עמוק יותר בתוך הרקמה ובדוגמאות ביולוגיות, ולשפר את היחס בין האות לרעש.

תולעים כחיית מודל

תולעים משמשות חיית מודל נפוצה בזכות דמיון גנטי גבוה לבני אדם בגנים מחוללי מחלות כמו למשל במחלת הפרקינסון. למרות היתרונות הרבים שלהן כגון גודלן הקטן ושקיפותן, חסרון אחד משמעותי הוא האוטופלורסנציה שלהן בכל התחום הנראה, הנובעת מחלבונים שנמצאים בתוך התולעת עצמה הפולטים פלורסנציה. חסרון זה קיים לא רק בתולעים, אלא בחיות מודל רבות, עובדה המקשה מאוד על שימוש בצבענים או חלבונים פלורסנטים סינתטיים, היות ולא ניתן להפריד בין החלבונים הפלורסנטים הטבעיים של האורגניזמים לבין הצבען הפלורסנטי הסינתטי.

תמונה מהמאמר: בשורה העליונה ניתן לראות תמונות פלורסנטיות של התולעים במספר אורכי גל, התמונה השמאלית (NIR) היא של ננו-הצינוריות (אדום). התמונה האמצעית (DAPI+NIR) והימנית (GFP+NIR) הן תמונות משולבות של ננו-הצינוריות מפחמן באדום עם התמונות של האוטופלורסנציה של התולעת באורך גל המתאים לצבע הפלורסנטי הסינתטי DAPI או GFP (כחול או ירוק). בשורה השנייה התמונות הפלורסנטיות מוצגות על גבי תמונה באור לבן של התולעים, על מנת למקם את ננו-הצינוריות ביחס למעי של התולעת.

החוקרות השתמשו בננו-צינוריות מפחמן אשר פולטות פלורסנציה בתחום האינפרא אדום הקרוב – זהו תחום ספקטרלי בו אין אוטופלורסנציה כלל. "באמצעות ננו-הצינוריות הצלחנו לעקוב אחר פעילות העיכול של התולעים, לראות את המעבר שלהן בוושט עד צינור המעי, ולנטר את פעילות השאיבה של האוכל", מסבירה ד"ר הנדלר-נוימרק.

לדברי ד״ר ביסקר, ״הננו-חלקיקים הללו מתאימים לעבודה עם דוגמאות ביולוגיות ואינם פוגעים בהן, ולכן מאפשרים לעקוב אחר תהליכים בתוך אורגניזמים או תאים חיים ללא הפרעה של האוטופלורנסנציה הטבעית שלהם. השימוש בננו-צינוריות מפחמן יכול להוות יתרון משמעותי במעקב אחר תהליכים בחיות מודל קטנות כמו תולעים וגם לעקוף לחלוטין את האתגר של אוטופלורסנציה בתחום האור הנראה״.

אלה שמתאהבות בבעיה הן אלה שממציאות לה פתרון

"בגנום שלנו, כמו בכל גנום של כל יצור חי אחר, ישנן מוטציות שיכולות לשנות את רצף חומצות האמינו של החלבונים שמקודדים בגנום", מסביר פרופ' טולר. "מאחר שהחלבונים הללו אחראים על המנגנונים השונים בתא, מוטציות כאלה מעורבות בהפיכת התא הבריא לתא סרטני. לעומתן, יש מוטציות שלא משנות את חומצות האמינו, ולכן קראו להן 'שקטות' והתעלמו מהן במשך שנים רבות. אנחנו ערכנו בפעם הראשונה אנליזות לכ-10,000 גנומים סרטניים מכל הסוגים, והראינו שיש למוטציות השקטות ערך דיאגנוסטי, איזה סוג סרטן זה, וגם ערך פרוגנוסטי, כמה זמן החולה ישרוד".

לדברי פרופ' טולר, החומר הגנטי בתא מחזיק בשני סוגים של מידע: מה רצף חומצות האמינו שמיוצר – ומתי וכמה לייצר מכל חלבון – כלומר הרגולציה של תהליך הייצור. "אותן מוטציות שקטות יכולות להשפיע על הרגולציה של ביטוי גנים, וזאת השפעה לא פחות חשובה מסוג החלבון שמיוצר. מן הסתם אם התא מייצר הרבה פחות מחלבון מסוים – זה גרוע כמעט כמו למחוק אותו. השפעה נוספת היא קיפול החלבון. החלבון הוא מולקולה ארוכה שכוללת בדרך כלל מאות רבות של חומצות אמינו, כאשר הקיפול התלת ממדי של המולקולה מתחיל כבר כשהן מיוצרות בריבוזום. קצב הייצור של החלבון על ידי הריבוזום משפיע על הקיפול, והמוטציות השקטות יכולות להשפיע על קצב הייצור של החלבון ולכן על הקיפול שלו – קיפול שהוא משמעותי לתפקוד בפועל. בנוסף, יש מקרים בהם המוטציות השקטות משפיעות על תהליך בשם שיחבור, שבו חתיכות מהחומר הגנטי נחתכות ליצירת הרצף הסופי שממנו ייווצר החלבון. בקיצור, מסתבר שהמוטציות השקטות האלה עושות הרבה מאוד רעש, ואנחנו הצלחנו לראשונה לכמת את ההשפעה שלהן".

כדי לבחון את השערתם ולכמת את השפעת המוטציות הללו, פרופ' טולר ועמיתיו השתמשו במידע גנטי ציבורי על גנומים סרטניים מהמכונים הלאומיים לבריאות (NIH) בארה"ב. החוקרים לקחו הנתונים על הגנום הסרטני וניסו בשיטות המבוססות על למידת מכונה לנבא מה סוג הסרטן וכמה שנים חי כל חולה לפי המוטציות השקטות – ולאחר מכן השוו את התוצאות שקיבלו לנתוני האמת מהמאגר.

תמונה: אילוסטרציה של אינטראקציות שונות של החומר הגנטי עם פקטורים בתא שמבקרים את רמות הביטוי. מוטציות שקטות יכולות להשפיע על יעילות האינטראקציה עם הפקטורים האלה בתא הסרטני, ולכן להשפיע על רמות הביטוי של גנים שמשפיעים על השרידות של התא הסרטני.

"לתוצאות המחקר מספר השלכות חשובות", אומר פרופ' טולר. "קודם כל שימוש במוטציות שקטות בהחלט יכול לשפר מודלים שחוזים פרוגנוזה ומשמשים לסיווג. חשוב לציין שגם לשיפור של 17% יש משמעות גדולה מאוד כי מאחורי המספרים האלה עומדים בני אדם שאנחנו אוהבים, ויום אחד אולי אנחנו עצמנו, לכן כל שיפור של אחוז הוא דרמטי. רופא שמגלה גרורות רוצה לדעת מה מקור הגרורה ומה מסלול התפתחות המחלה, כדי להתאים את הטיפול הטוב ביותר. אם למשל במקום דיאגנוסטיקה ופרוגנוסטיקה שגויות לחמישה מבין עשרה חולי סרטן נגיע למצב שבו שוגים רק בארבעה מכל עשרה חולי סרטן, זה יכול להיתרגם בסופו של דבר למיליוני חולים שאולי ניתן להציל את חייהם. בנוסף, התוצאות שלנו מראות שרק על סמך מוטציות שקטות ניתן במקרים רבים לקבל ביצועי ניבוי דומים להסתמכות על מוטציות שהן לא שקטות. זו תוצאות מעודדת, מכיוון שבשנים האחרונות מפותחות טכנולוגיות שמסווגות סרטן על סמך בדיקות דם לא פולשניות יחסית, המבוססות על אנליזה של חתיכות דנ"א ממקור סרטני. מאחר שרוב הדנ"א שלנו לא מקודד לחלבון, סביר להניח שרוב החתיכות מסוג זה שנדוג יכילו מוטציות שקטות".

למחקר החדש השלכות לכלל תחומי המחקר והטיפול האונקולוגי, ואחרי הוכחת ההיתכנות הזאת בכוונת החוקרים להקים סטארטאפ עם חממת "סאנרה", שיתמקד במוטציות השקטות ככלי רפואי לכל דבר ועניין.

עוד השתתפו במחקר: גיא גורן ועומרי עפרוני

​

למאמר ב npj genomic medicine

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה את הפתרון