"המסע לירח של הביולוגיה": מדענים רוצים למפות את הגנום של כל היצורים החיים - ביולוגיה - הארץ

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

"המסע לירח של הביולוגיה": מדענים רוצים למפות את הגנום של כל היצורים החיים

לכתבה
קוף אורנגאוטן במרכז שיקום לאורנגאוטנים באי בורנאו שבאינדונזיה, ביולי. שלושת מיני האורנגאוטנים נתונים בסכנת הכחדהSYLVAIN CORDIER / BIOSPHOTO / AF

מובילי הפרויקט, שצפוי לארוך כעשור, מקווים לשחזר את הצלחת ריצוף הגנום האנושי, ולעזור לשמר מינים בסכנת הכחדה ולתרום לחקלאות ולתעשיית התרופות. המידע שהפרויקט יניב יהיה זמין בחינם לכל חוקר, אולם לא יכלול את מיפוי הגנום של החיידקים

11תגובות

באירוע שנערך בשבוע שעבר הכריזה קבוצת מדענים על המהפכה הבאה בחקר הביולוגיה. אחת מפריצות הדרך המדעיות המשמעותיות ביותר של ימינו היא הצניחה העצומה במחיר הריצוף של גנום — פיענוח הרצף של מאות מיליוני עד מיליארדי "אותיות" שמרכיבות את הדנ"א של כל יצור חי ומהוות התבנית לפיה הוא מתפתח. פרויקט ריצוף הגנום האנושי, שנמשך שנים רבות והושלם בתחילת העשור הקודם, עלה מיליארדי דולרים. אולם עתה מכוני מחקר וחברות פרטיות מציעים ריצוף דנ"א במחיר נמוך מאלף דולר לאדם. התקדמות עצומה זו פותחת פתח לאינספור פריצות דרך מדעיות ורפואיות, ועודדה מדענים ברחבי העולם לקחת על עצמם מטרה שעד לפני זמן לא רב נחשבה דמיונית: ריצוף הגנום של כל 1.5 מיליון מיני בעלי החיים המוכרים למדע בעולם (לא כולל החיידקים).

ריצוף הגנום של האוקריוטים — בעלי החיים שבתאי גופם יש גרעינים העטופים בממברנה, שכוללים את החיות, הצמחים, הפטריות וחד־תאים כמו פרוטזאות ואצות (או, במלים אחרות, כל החיים מלבד החיידקים והחיידקים הקדומים) — מפגר מאחורי הריצוף של הגנום של שתי העל־ממלכות האחרות של עולם הטבע. על־ממלכה היא הקטגוריה העליונה במיון של היצורים החיים, והיא מתחלקת לחיידקים אמיתיים (Bacteria), חיידקים קדומים (Archea) ואוקריוטים. עד היום ריצפו מדענים את הגנום של 3,500 יצורים אוקריוטים בלבד, ורק כמאה מהם רוצפו באיכות גבוהה שמאפשרת הבנת האופן שבו גנים ספציפיים מקודדים חלבונים בגוף.

סנאי אפור בפארק סנט ג'יימס בלונדון. אחד מ-25 המינים שמכון סאנגר הציג את הגנום המרוצף שלהם
ASSOCIATED PRESS

כדי להתגבר על פער זה, החלו מדענים ב–2015 לקדם את הרעיון של ריצוף הגנום של כל עולם החי והצומח. הרעיון קיבל את השם "פרויקט הביו־גנום של כדור הארץ" (Earth BioGenome Project – EBP). בשבוע שעבר, הוכרז בלונדון על השקה רשמית של הפרויקט, שעלותו מוערכת ב–4.7 מיליארד דולר, והמדענים מקווים להגשימו בתוך עשור. לצורך השוואה, במחירים של היום, עלות הריצוף של הגנום האנושי היתה גבוהה יותר — כחמישה מיליארד דולר. "זוהי הטיסה לירח של המחקר הביולוגי", אמר האריס לוין, מומחה לגנטיקה מאוניברסיטת קליפורניה בדייוויס ואחד ממנהלי ה–EBP, לאתר של כתב העת Science. הגשמת הפרויקט תאפשר לחוקרים להבין יותר לעומק את האופן שבו התפתחה האבולוציה של החיים בפלנטה שלנו, לתרום למאמצים לשימור מינים בסכנת הכחדה, וגם לקדם רבות את המחקר בתחומים של חקלאות ופיתוח תרופות. לפי התוכנית שהוצגה באירוע בלונדון, הפרויקט יניב מיליארד ג'יגה־בייט של מידע, שיהיה זמין לכל חוקר בחינם ברשת.

"זהו פרויקט שצמח מצד מדענים שרוצים לדעת יותר על האופן שבו העולם עובד", הוסיף ג'ון קראס ממוזיאון סמיתסוניאן להיסטוריה של הטבע ואחד ממנהלי הפרויקט. "ברחבי העולם, יותר מחצי מאוכלוסיות בעלי החוליות מתו ב–40 השנים האחרונות, ו–23 אלף מינים נמצאים בסכנת הכחדה בעתיד הקרוב. בשימוש בתובנות הביולוגיות שנפיק מהגנום של כל מיני האוקריוטים, אנחנו יכולים להתקדם במילוי תפקידנו כממונים על שלומם של החיים בפלנטה הזו — לטפל בחיים בכדור הארץ על בסיס ידע רב יותר, ובעידן בו הטבע נמצא תחת לחץ משמעותי, בעיקר מצדנו", אמר בעת ההכרזה סר מיק סטרטון, מנהל מכון וולקם סנגר, שיוביל "פיילוט" לריצוף הגנום של כל 66 אלף המינים בממלכה המאוחדת.

עטלפון אירופי. אחד מ-25 המינים שמכון סאנגר הציג את הגנום המרוצף שלהם
ASSOCIATED PRESS

בטכנולוגיה הקיימת כיום, קביעת הרצף של הגנום מורכבת מכמה שלבים. ראשית, מבודדים את הדנ"א הגנומי וחותכים אותו לחתיכות זעירות, שאורך כל אחת מהן הוא כ–200 אותיות בלבד. את הרצפים הקצרים הללו מזינים למכונת ריצוף שקוראת את קטעי הדנ"א ומספקת רצפים של מאות מיליוני אותיות דנ"א בתוך זמן קצר. ואז מתמודדים החוקרים עם המשימה העצומה של הרכבת הפאזל הזה, של עשרות מיליוני חתיכות של 200 אותיות דנ"א. הרצפים של 200 אותיות נחתכים כך שתהיה חפיפה מסוימת בין חתיכה לחתיכה, וחפיפה זו מסייעת לחוקרים לגלות כיצד הם מסודרים בגנום עצמו. אולם גם עם החפיפה מדובר באתגר מדעי עצום, שמחייב שימוש בכוחות מחשוב כבירים ובאלגוריתמים מתקדמים כדי לפתור אותו.

פרוטוזואה. יצורים אלה הם מהקטנים ביותר שהגנום שלהם ימופה
Picturepest

באירוע בלונדון נחתם זיכרון דברים בין 19 מוסדות מחקר ברחבי העולם מסין ועד ארה"ב, לשיתוף פעולה ב–EBP. במסגרת זיכרון הדברים הוחלט לתאם בין יותר מתריסר פרויקטים לריצוף גנום של בעלי חיים הפעילים היום בעולם. החוקרים מקווים שעם התקדמות הפרויקט, השיטות שיפותחו במסגרתו יאפשרו לייעל את תהליך הריצוף של הגנום של מינים שונים בקצב לא פחות מזה שבו התפתחה הטכנולוגיה מאז הריצוף של הגנום האנושי.

במסגרת הפרויקט, החוקרים מתכננים לרדת בהדרגה בשלבי המיון של עולם הטבע. היום מחלקים מדענים את היצורים החיים לפי על־ממלכות (חיידקים, חיידקים קדומים ואוקריוטים), ממלכות (דוגמת צמחים, בעלי חיים ופטריות), מערכות (כמו רכיכות, תולעים שטוחות או מיתרניים — המערכה בה נמצא האדם), מחלקות (לדוגמה, במערכת המיתרניים: יונקים, זוחלים ועוד), סדרות (כמו פרפראים, חיפושיות, מכרסמים), משפחות (חתוליים, כלביים), סוגים (לדוגמה, במשפחת החתוליים, ישנו את הסוג חתול, שכולל מלבד חתול הבית גם חתולי בר וחתולי ביצות, ואת הסוג פנתר, תחתיו נמצאים מינים כמו אריה וטיגריס).

סנאי אדום על עץ אגוז בסקוטלנד, בחודש שעבר. אחד מ-25 המינים שמכון סאנגר הציג את הגנום המרוצף שלהם
RUSSELL CHEYNE/רויטרס

בשלב הראשון, מתכננים החוקרים לרצף את הגנום של מין אחד מבין כל 9,000 משפחות המינים המוכרות למדע. שלב זה צפוי לעלות כ–600 מיליון דולר לשלוש שנים. עד עתה השיגו הגופים השותפים בפרויקט כשליש מהמימון, אולם מנהלי הפרויקט מקווים כי שאר הכסף יושג בתוך שנה. בשלב השני, החוקרים מתכננים לרצף גנומים של נציג מכל סוגי בעלי החיים הידועים למדע. ובשלב השלישי והשאפתני ביותר, הם מתכננים לרצף את כל שאר המינים שלא נכללו בשלבים הקודמים.

כשלב ראשון בדרך למימוש יעד זה, בהשקת הפרויקט העולמי הכריז מכון סאנגר, שהוקם ב–1995 כחלק מפרויקט ריצוף הגנום האנושי, כי יוביל את הפיענוח של הגנום של כל 66 אלף מיני בעלי החיים בממלכה המאוחדת. מנהלי המכון הציגו את הפרויקט הבריטי כפיילוט שיתווה את הדרך עבור הפרויקט העולמי. התוכנית קיבלה את השם "עץ החיים של דרווין" ואמורה לכלול את הגנום של כל מיני בעלי החיים האוקריוטים באיים הבריטיים. בשלב הראשון, מכון סאנגר ישקיע 50 מיליון ליש"ט בשמונה השנים הקרובות בפיתוח תהליכים לאיסוף דגימות, האצת הריצוף וכלים ממוחשבים לפיענוח רצף האותיות של כל גנום.

לפי מנהלי הפרויקט, בתוך כחמש שנים יהיה צורך במאה מיליון ליש"ט נוספים להשלמת איסוף הדגימות והריצוף של הגנומים השונים. בשלב הראשון, כדי להראות שהרעיון בר מימוש, הציגו במכון סאנגר את הגנום המרוצף של 25 מינים מקומיים בבריטניה. פרויקט נוסף שהושק במסגרת המיזם העולמי הוא שיתוף פעולה בין מספר מוסדות מחקר באוסטרליה לרצף בחמש השנים הבאות את הגנום של 50 מינים בסכנת הכחדה ביבשת הדרומית.

פטריית כמהין. אחד מ-25 המינים שמכון סאנגר הציג את הגנום המרוצף שלהם
AFP

החוקרים המעורבים בפרויקט מודים כי קשה לדעת לאן הוא יוביל. "הפערים בידע שלנו גדולים בהרבה ממה שאנחנו יודעים", אמר לוין מאוניברסיטת קליפורניה לבי־בי־סי. "אז אנחנו אפילו לא מנסים להשלים את חתיכות הפאזל החסרות. מרבית הפאזל עצמו חסר". אולם הדבר היה נכון לפני חצי יובל, כשהחוקרים שמו להם למטרה לרצף את הגנום האנושי, פרויקט שהסתבך והתנפח בעלויות מעל ומעבר לתוכנית המקורית, וכזה שחוקרים רבים שהאמינו שהוא לא ניתן למימון, אבל הושלם בהצלחה. כפי שמציין ג'ים סמית, המנהל המדעי של מכון סאנגר, "לא יכולנו לדמיין כיצד הדנ"א שרוצף מאז יעשה מהפכה בחקר הבריאות האנושית היום. המשימה של ריצוף כל (הגנום של) החיים בכדור הארץ אינו שונה מכך".

הרשמה לניוזלטר

הרשמו עכשיו לדיוור הארץ מדע וסביבה

ברצוני לקבל ניוזלטרים, מידע שיווקי והטבות


תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות