שלוש תגליות פורצות דרך במדעי החיים, שמובילות בטבלת ההימורים לפרס נובל הבא

בתחילת חודש אוקטובר צפויות ההכרזות על פרסי נובל, והקהילה המדעית נמצאת במתח - מי הולך לזכות? בפוסט זה נציג שלוש פריצות דרך מהפכניות במדעי החיים שצפויות, לדעתנו, לגרוף בקרוב את הפרס הגדול. אגב, מאחר ואין פרס נובל בביולוגיה, תגליות בתחום זוכות בדרך כלל בפרס נובל בכימיה או בפרס נובל בפיזיולוגיה או רפואה.

הימור ראשון: פרויקט הגנום האנושי

בעשור וחצי האחרונים אנחנו עדים למהפכה הגנומית, במהלכה העמקנו את הבנתנו של הגנטיקה האנושית וכיצד היא משפיעה על מחלות. ההתפתחויות שהיוו את יריית הפתיחה למהפכה הגנטית; פענוח מבנה ה-DNA ופיתוח שיטות לקריאת רצפי DNA זיכו את מגליהן בפרסי נובל ב-1962 וב-1980. מאז, לא ניתן פרס מובהק בתחום הגנטיקה - כך שבהחלט הגיע הזמן. למשל, פיצוח הגנום האנושי הראשון, הישג שהושלם בשנת 2001., הוא מועמד מוביל לקבלת פרס נובל. מאחר וחוקרים רבים היו מעורבים בפרויקט פיצוח הגנום האנושי,קשה לנחש מי מהם יזכה בפרס. אולם, הדמויות המזוהות ביותר עם הצלחת הפרויקט הם ככל הנראה פרנסיס קולינס ואריק לנדר. יחד עמן יכול היה לזכות בפרס גם ג'ון סלוסטון, שהלך לעולמו לפני כשנה, דבר שימנע ממנו לקבל את הפרס. שם חם נוסף ברשימה הוא קרייג ונטר, שהיה מעורב בתחילה בפרוייקט למיפוי הגנום - אך סבר כי הוא מתקדם באיטיות רבה מדי. בתגובה, הקים ונטר חברה מתחרה בה פיתח שיטה לריצוף גנים מהיר אך מדויק פחות. צעד זה של ונטר דחף את פרויקט מיפוי הגנום האנושי לסיום מהיר, והוא בהחלט מועמד לזכות בפרס נובל בכימיה. אם ועדת הפרס תחליט להעניק פרס בנושא גנטיקה,, לא מן הנמנע שדווקא דיויד בוטסטין יקבל אותו. בשנות ה-80 של המאה הקודמת בוטסטין הניח את היסודות שהכשירו את הקרקע לפרויקט למיפוי הגנום האנושי, ביחד עם אריק לנדר שהוזכר לעיל. השניים חלקו בעבר את פרס "פריצת הדרך", פרס יוקרתי בפיזיקה, מתמטיקה ומדעי החיים, שמוענק על ידי קרן שהקימו יזמים בולטים בהם סרגיי ברין ומארק צוקרברג. פרס זה נחשב לאחד מהפרסים שמנבאים זכייה בנובל.

הימור שני:  עריכה גנטית באמצעות קריספר

במקור, קריספר הוא כינויה של מערכת החיסון החיידקית, שמסוגלת להכיר ולנטרל נגיפים שתוקפים את החיידק. כחלק מפעילותה, מאפשרת מערכת הקריספר חיתוך של DNA באופן מדויק שמכוון על ידי הכרת הרצף הספציפי אותו חותכים. פריצת הדרך הגדולה נעשתה ממש בשנים האחרונות, כאשר חוקרים הצליחו לגייס את אותה מערכת חיידקית לשם ביצוע הנדסה גנטית; שינוי הגנים של יצורים חיים. טכנולוגיית הקריספר הפכה לכלי פשוט, יעיל ומדויק (באופן יחסי) להנדסה גנטית – ופתחה עולם שלם של שימושים: החל מהינדוס תאים וחיות מעבדה לצרכי מחקר, דרך שימוש ביתושים מהונדסים למלחמה במלריה ובדנגי, ועד לטיפולים נסיוניים בבני אדם - למשל, לשם לריפוי מחלת האנמיה החרמשית באמצעות תאי מח-עצם שהונדסו בקריספר. עריכה גנטית של עוברי בני אדם עשויה להוביל לריפוי מחלות גנטיות, אך נושאת בחובה שיקולים אתיים מורכבים. לפני כשנה חוקר סיני גרם לסערה בעולם המדעי כשדיווח על שתי תאומות שנולדו מעוברים מהונדסים גנטית, ניסוי שהתבצע בסתר, ללא אישורי ועדה אתית.

במידה ופרס נובל יוענק על תגלית הקריספר, מי צפוי לזכות בו? המועמדות המבטיחות לנובל - הן החוקרות ג'ניפר דוּדנה ועמנואל שרפנטייה שהתאימו את מערכת הקריספר להנדסה גנטית ב-2012. מועמד נוסף הוא, החוקר פנג ז'נג ממכון ברוד בארה"ב שהתאים את המערכת כך שתוכל לעבוד לא רק בחיידקים, אלא גם ביצורים רב תאיים. אבל העסק מסובך – הצדדים השונים נמצאים במאבקים משפטיים סבוכים על פטנטים שקשורים לשימוש בקריספר, ששוויים מוערך במיליארדי דולרים. רבים מעריכים שעד אשר מאבקים אלו יפתרו, וועדת פרסי נובל תעדיף להימנע מהענקת הפרס ולא להתערב בנושא שנוי במחלוקת.

הימור שלישי: בקרה אפיגנטית

כל התאים בגופנו מכילים את אותו ה-DNA, שמקודד את המידע  הנדרש לייצור החלבונים הדרושים לנו - אנזימים, חלבונים מבניים כמו חלבוני השריר ועוד. יחד עם זאת, תאים שונים מייצרים חלבונים שונים. למשל,רק תאים מסוימים בלבלב מייצרים את הורמון האינסולין ורק תאי כבד מייצרים מגוון אנזימים חיוניים, וזאת על אף שהקוד לבניית כל החלבונים קיים בכל התאים. אחת הדרכים של התאים "לדעת" מה תפקידם הוא באמצעות אפיגנטיקה, תוספות קטנות על גבי ה-DNA עצמו ועל גבי חלבונים שמתחברים פיזית ל-DNA. תוספות אלו מסמנות לתאים אילו גנים לבטא ואילו גנים לא לבטא. המחקר האפיגנטי פרץ לחיינו בשנות ה-70 ובשנות ה-80 של המאה ה-20, וככל שהזמן חולף החשיבות של הבקרה הזו הולכת ומתבהרת, וכן, מסתבר שהרבה מחלות מערבות אפיגנטיקה, בהן סרטן, סוכרת ועוד.

קרוב לוודאי שבשנים הקרובות נזכה לראות פרס נובל לחוקרים פורצי דרך בגילוי מנגנוני האפיגנטיקה. שניים מחלוצי התחום הם אהרון רזין ז״ל וחיים סידר מהאוניברסיטה העברית, אשר חקרו במשותף שינויים אפיגנטיים על גבי ה-DNA עצמו. רזין נפטר השנה ולכן לא יוכל לזכות בפרס. מועמדים מובילים נוספים הם אדריאן בירד מאוניברסיטת אדינבורו וגארי פלזנפלד מהמכון הלאומי לבריאות (NIH) בארצות הברית, אשר במעבדתו ביצע סידר את מחקר הפוסט דוקטורט שלו.

חוקרים אלו פרצו דרך בחקר שינויים אפיגנטיים ברצף על גבי ה-DNA עצמו, אך כאמור, ישנם גם שינויים אפיגנטיים על גבי חלבונים שקשורים פיזית ל-DNA ונקראים היסטונים. שני פורצי דרך בחקר שינויים אפיגנטיים בהיסטונים הם דיוויד אליס מאוניברסיטת רוקפלר בניו יורק ומייקל גרונשטיין מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA), אשר גם שמם עולה לעיתים קרובות כמועמדים מובילים לזכייה בנובל.

כאמור, הבשילה השעה להכרה והוקרה בכל התגליות הללו. נמתין בהתרגשות לראות מי יהיו הזוכים השנה, וכמובן, שנחזיק אצבעות לפרופ' חיים סידר מהאוניברסיטה העברית.

מקורות:

פרויקט הגנום האנושי

• סקירה על ההיסטוריה של הריצוף הגנטי
• ציוני דרך היסטוריים בפרוייקט הגנום האנושי
• אוסף מאמרים מכתב העת Nature בנושא הגנום האנושי

קריספר

• היסטוריית הגילויים בקריספר, מכון Broad
• התינוקות המהונדסות הראשונות בהיסטוריה - מדע גדול בקטנה 
• מלחמות הפטנטים בתחום הקריספר, ידיעה משנת 2018 בירחון Nature 
• ניסויים בבני אדם באמצעות קריספר, אתר ה-Smithsonian

אפיגנטיקה

• סקירה כללית על בקרה אפיגנטית
• מאמר סקירה של אדריאן בירד על אפיגנטיקה ב-DNA
• סקירה על אפיגנטיקה בחלבונים קושרי DNA