בשנות ה-50 של המאה ה-20 התגלה המבנה של ה-DNA ואיתו גם חשיבותו: ה-DNA הוא ״ספר המתכונים״ להכנת החלבונים שלנו: סיבי שריר, אנזימים, קולטנים, נוגדנים ועוד. בהתאמה, שינויים ברצף ה-DNA (מוטציות) יכולים לגרור שינויים בחלבון שמתקבל, שינויים שעלולים להיות הרסניים ולגרום למחלה. למשל, מוטציה בחלבוני השריר יכולה לגרום למחלת ניוון שרירים, ואילו מוטציה בקולטן של מערכת החיסון עלול לגרום לכשל חיסוני חמור. המחקר הגנטי התפתח במהירות ואיתו הנסיונות לפתח שיטות לריפוי גנטי שעיקרן תיקון מוטציות שגורמות למחלות. נותר רק אתגר גדול אחד שעצר את החוקרים: איך להכניס לתוך התאים את מקטע ה-DNA התקין ואיך לגרום להם לבטא ממנו חלבונים תקינים?
הפתרון שנבחר היה וירוסים: לוירוסים יש חומר גנטי משלהם, DNA או RNA, אבל אין להם את הכלים לייצר בעצמם חלבונים מתאימים, ולכן, על מנת להתרבות, הם חייבים להחדיר את החומר הגנטי שלהם לתא מאכסן (או פונדקאי) שייצר אותם עבורם. במילים אחרות, וירוסים הם מומחים בלהכניס לתאים מקטעי DNA ולגרום להם לייצר מהם חלבונים. בדיוק מה שרצינו. ואכן, בשנות ה-80 נעשו הניסיונות הראשונים בריפוי גנטי באמצעות וירוסים, רק שבמקום שיכילו מקטעי DNA שמקודדים לחלבוני הוירוס, מדענים הנדסו אותם כך שיכילו מקטעים שמקודדים לחלבונים תקינים של בני אדם, אותם יחדירו לתוך ה-DNA האנושי. בשנות ה-90 רופאו באופן הזה מספר ילדים אך לאחר מספר שנים התגלה שהשמחה הייתה מוקדמת: כמה מהילדים הללו פיתחו סרטן בעקבות הטיפול. הבדיקות העלו שמחלת הסרטן נגרמה בעקבות הטיפול, שכן, כאשר הוירוס המהונדס החדיר את המקטע המתוקן ל-DNA של החולים, הוא פגע בגנים חיוניים אחרים. התוצאות הקשות האלה עצרו כמעט לגמרי את הנסיונות לריפוי גנטי. לא ניתן להבטיח שמקרים כאלה לא יקרו שוב מאחר שלא ניתן לשלוט במקום בו הוירוס יחדיר את מקטע ה-DNA המהונדס.
עם זאת, לפני מספר שנים פרץ לחיינו בסערה הקריספר: לא עוד החדרה של מקטעים במיקום אקראי ב-DNA! קריספר הינה שיטה מתוחכמת להנדסה גנטית המאפשרת להתגבר על בעיית ההחדרה האקראית של הוירוסים. ייחודו של הקריספר הוא שהוא מאפשר לבחור במדויק את אתר ההחדרה ל-DNA. אם כך, למה עוד לא משתמשים בקריספר לריפוי גנטי? קריספר מבוסס על מערכת הגנה טבעית של חיידקים וכדי לעבוד הוא דורש אנזים ייחודי לחיידקים. על מנת להשתמש בקריספר בתאים של בני אדם צריך להחדיר אליהם את האנזים החיידקי. כאן בדיוק אנחנו חוזרים לנקודה שבה פתחנו: איך מחדירים לתאים של אדם אנזים שלם או מקטע DNA שמקודד לאנזים כזה? עד כה מחקרים בנושא השתמשו בוירוסים כדי להחדיר את המקטע המקודד לאנזים, דבר שכאמור, עשוי להיות בעייתי, ואכן, מושקעים היום הרבה מאמצים כדי להתגבר על הבעיה הזו. אחד הפתרונות הוא להשתמש בוירוסים שאינם מחדירים את ה-DNA שלהם אל תוך ה-DNA שלנו אלא מסתפקים בהדבקה זמנית של התאים. פתרון זה עלול להיות בעייתי, שכן התאים שלנו יודעים לזהות הדבקה בוירוס והם מגיבים נגדו ומפרקים את החומר הגנטי שלו, כך שיתכן שהתאים יגיבו עוד לפני שהאנזים יוצר בתאים. יתרה מכך, בחלק מהמקרים תא מודבק יהרוג את עצמו בתהליך מבוקר (או אפופטוזיס) על מנת למנוע הפצה של הוירוס לתאים שכנים.
אם כך, עלינו למצוא שיטה שלא משתמשת בכלל בוירוסים. זה בדיוק מה שעשו חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו במחקר שפורסם בכתב העת היוקרתי nature. הם ניסו אלפי תנאי ניסוי שונים עד שהצליחו למצוא שיטה חלופית שתאפשר שימוש בקריספר מבלי להזדקק לוירוסים בכלל. השיטה שלהם מבוססת על טיפול בתאים בזרם חשמלי עדין, כך שבאופן זמני נוצרים בקרומי התאים חורים קטנים שמאפשרים כניסה של מקטעי DNA מהסביבה. באופן הזה הם הצליחו לתקן מוטציות בתאים של חולים במחלות גנטיות. בשלב זה התאים המתוקנים לא הוחזרו אל החולים, כך שלא ניתן לדעת בודאות שאנשים אלו יחלימו לגמרי. יחד עם זאת, קבוצת המחקר הצליחה להשתמש בשיטה שלה כדי לרפא עכברים בעלי מוטציות מקבילות לאלו של בני האדם.
כעת נותר רק לראות שיהיה אפשר ליישם את אותה שיטה גם בבני אדם ושלא ניתקל בתופעות לא צפויות בעקבות הטיפול. אם תצליח כמצופה, שיטה זו תהווה פריצת דרך משמעותית בנושא ריפוי גנטי. היא אף עשויה לשפר טיפולים קיימים, כמו למשל הנדסה של תאי מערכת החיסון להגיב כנגד סרטן (CART).

תמונה ראשית: Alex Marson’s Lab
בתמונה: תאים מהונדסים שיצרו החוקרים כדי לבדוק את המערכת החדשה

המאמר המקורי
סקירה היסטורית של ריפוי גנטי
פוסט שלנו על קריספר (מאת ד"ר איתן הוך)
פוסט נוסף שלנו על שימוש בקריספר בתאים אנושיים (מאת אורן אוסטר)
הנדסה גנטית של מערכת החיסון כנגד סרטן