מחקרים

צוותו של פרופ' ערן הלפרין מהמחלקה למיקרוביולוגיה מולקולרית ומבית הספר למדעי המחשב באוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף עם פרופ' אלעזר אסקין מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, פיתחו שיטה המאפשרת לאתר את מוצאו של האדם על פי ניתוח הדנ"א שלו ברזולוציה הטובה ביותר שהתאפשרה עד כה. ממצאי המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת Nature Genetics. החידוש המרכזי בשיטה שפיתחו החוקרים הוא היכולת לזהות שני מוצאות גיאוגרפים שונים של אותו אדם.

מה המוצא שלך?

החוקרים בחנו מידע מהדנ"א של 1157 בני אדם מרחבי אירופה. לאחר מכן ניתחו את המידע הגנטי של כחצי מיליון אתרים שונים בגנום. הדנ"א מורכב מארבע אבני בניין, תת-יחידות של בסיסים חנקניים המכונים נוקלאוטידים: אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C). המוטציות שאותן בדקו החוקרים מהוות שינוי של אות גנטית אחת באתרים הנבדקים, למשל, החלפת הבסיס A בבסיס C. שינויים כאלה עשויים לפעמים לגרום למחלה גנטית. בין אם נגרמה ובין אם לאו, מוטציות אלה מהוות סימן זיהוי ייחודי אצל כל אדם,  ומאפשרות לזהות קשרים ומרחקים גנטיים בין פרטים ובין אוכלוסיות שונות. ככל שהייחוס המשפחתי בין שני אנשים קרוב יותר, כך יירשמו פחות הבדלים גנטיים באתרים הנבדקים בגנום שלהם.

במחקר זה שכיחות ההופעה של בסיס מסוים בדנ"א מצביעה על מוצאו הגיאוגרפי של האדם. הסתברות גבוהה של הופעת בסיס A לדוגמא באתר מסוים בגנום, בהשוואה להסתברות זו אצל אנשים אחרים, לא תצביע על המוצא, אולם חיבור ההסתברויות בחצי מיליון אתרים גנומיים שונים, כבר כן מאפשר להצביע על מוצאו של אדם יחיד, בטווח שגיאה של מאות קילומטרים בודדים מבחינה גיאוגרפית.

עבודת שורשים

השיטה החדשה של החוקרים מוצאת נקודה על המפה שמתארת את מוצאו של אדם, בניגוד לשיטות קודמות אשר מקטלגות אנשים לקבוצות כגון "צפון אירופאי" או "מזרח אירופאי". פרופ' הלפרין מסביר כי השיטות הקודמות יכלו להעריך נקודת מוצא משוערת בין מוצאו הגיאוגרפי של האב למוצאה הגיאוגרפי של האם. למשל, אם האם מברצלונה והאב מפריז, יעלו השיטות נקודת מוצא בין פריז וברצלונה, כמו ליון למשל. השיטה החדשה מאפשרת לאתר את המוצא של שני ענפי המשפחה, כלומר לזהות שמוצא האם בברצלונה ומוצא האב בפריז.

המידע אודות המקור הגיאוגרפי ניתן לאיתור מבלי לבדוק את דנ"א ההורים באופן ישיר. המידע מגולם בדנ"א של הבן או הבת, ומאפשר באופן עקרוני גם איתור המוצא של דורות קודמים – סבים וסבתות, סבי הסבים וכן הלאה, כאשר הדיוק באיתור המיקום הגיאוגרפי יורד ככל שמרחיקים בזמן.

מדענים תרים ללא הרף אחר טיפולים המסוגלים להתמקד באופן סלקטיבי בתאי סרטן ולמנוע נזק מהתאים האחרים בגופינו. פרופסור איתן רופין מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלבטניק ומהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל-אביב ועמיתיו, פרופסור אייל גוטליב ממכון ביטסון לחקר הסרטן באוניברסיטת גלזגו, בריטניה, וד"ר תומר שלומי מהטכניון בחיפה, הצליחו עתה לפסוע צעד קדימה: הם יצרו בהצלחה מודל ממוחשב ראשון של המטבוליזם של תא סרטני בקנה מידה של גנום. ניתן להשתמש במודל זה כדי לחזות אלו תרופות יכולות להרוס את המטבוליזם של התא הסרטני. התוצאות התפרסמו בכתב העת היוקרתי .Nature

פרופסור רופין מסביר שבאמצעות עיכוב דפוסי הפעולה הייחודיים של תאי סרטן,  ניתן באופן עקרוני לחסל אותם בצורה ספציפית וסלקטיבית. היעילות של שיטה זו הודגמה במחשב ובתאים במעבדה שהיו נגועים בסרטן כליות. עם זאת, המחקר מציג גישה בסיסית חדשה ונושא עמו בשורה למחקרים עתידיים שיבחנו טיפולים תרופתיים יעילים גם לסוגים אחרים של סרטן.

קטלני לסרטן, בטוח לתאים אחרים

היכולת להשמיד באופן סלקטיבי תאי סרטן מבלי לפגוע בתאי הגוף היא כידוע השאיפה העליונה של חקר הסרטן. כידוע, תרופות רבות נגד סרטן פוגעות בתאים שמתחלקים. מכיוון שגם תאים בריאים, כמו תאי שיער והתאים המרפדים את דופן המעי מתחלקים אף הם, לטיפולים רבים נגד סרטן, כולל כימותרפיה, יש תופעות לוואי כמו בחילות ונשירת שיער.

החוקרים סברו כי ההתמקדות בחילוף החומרים בתא הסרטני עצמו עשויה להיות אחת הדרכים היעילות ביותר להתקדם בתחום זה, כיוון שלתא הסרטני יש דרך מיוחדת לעיכול חומרי מזון עבור צרכי האנרגיה וההתפתחות שלו. עובדה זו הופכת את המטבוליזם של התא הסרטני לשונה מהותית מזה של תא תקין.

המודל הממוחשב שפיתחו החוקרים משחזר את אלפי התגובות המטבוליות המאפיינות תאי סרטן. באמצעות השוואת מודל זה למודל קיים של המטבוליזם התקין של תא אנושי, הצליחו החוקרים להבחין בהבדלים בין השניים. הבחנה זו אפשרה להם לזהות חלבוני מטרה לתרופות שיש להן פוטנציאל להשפיע ישירות על המאפיינים הספציפיים והייחודיים של המטבוליזם הסרטני.

כדי לבחון את התחזיות שלהם, בחרו החוקרים להתמקד בתאים מסוג ספציפי מסוים של סרטן הכליות. "בסוג זה של סרטן כליות, הראו התחזיות שלנו שתרופה המסוגלת לעכב באופן ספציפי את האנזים  HMOXתוכל להרוג תאי סרטן כליה באופן סלקטיבי ויעיל, בלא לפגוע בתאים תקינים", מסביר פרופסור רופין. בניסוי שנערך במעבדה של פרופסור גוטליב, הצליחו החוקרים לאשש תחזית זו בניסויים בתאי עכבר ותאי אנוש, ולחקור לעומק את השינויים המטבוליים הללו.

המודל הממוחשב מסייע לחוקרים

"המטבוליזם הינו רשת מורכבת ומסועפת של אלפי תגובות. התפיסה האנושית אינה מסוגלת להבין באופן מלא, ובוודאי שאין ביכולתה לחזות מראש, כיצד מערכת סבוכה כל כך פועלת", מסביר ד"ר רופין. עתה, הודות ליכולתם לדמות את השפעותיה של המחלה, מסוגלים המודלים הממוחשבים לסייע לחוקרים לנבא את היעילות של תרופות וטיפולים פוטנציאליים. למרות שצריך תמיד לאשש את התחזיות במעבדה או במרפאה, שיטה זו גם חסכונית ומהירה מאוד ומובילה להזדמנויות מרתקות להאצת הפיתוח של תרופות בעתיד.

למרות שהמחקר שמתפרסם עתה התמקד בסוג מסוים של סרטן כליה, ניתן יהיה בעתיד לאמץ גישה זו כדי ליצור מודלים עבור סוגים אחרים של סרטן. "זה האתגר הגדול הבא הניצב בפנינו", אומר פרופסור רופין, "אנו נמשיך לבנות מודלים עבור סוגים אחרים של סרטן, ונחפש טיפולים תרופתיים סלקטיביים כדי לנסות לנצחם." הגישה הרב-תחומית של החוקרים מחייבת שילוב בין תחזיות המודל הממוחשב לבין הממצאים של ניסויים מעבדתיים וקליניים, והיא עשויה להוביל לפיתוח מהיר יותר של תרופות סלקטיביות ויעילות יותר נגד סרטן.