היינו ביום העיון לכבוד הזוכים בפרס הארווי וראיינו את פרופ׳ פנג ז'נג - מחתני הפרס.

טכנולוגיית העריכה הגנטית CRISPR\Cas שינתה את העולם. שניים מהחוקרים שהניחו את אבני הדרך לפיתוח השיטה - עמנואל שרפנטייה ופנג ז'נג, הרצו בכנס שנערך בטכניון. ראיינו את פנג ז׳נג, ושאלנו אותו על עתיד הטכנולוגיה ועל דעתו על תינוקות מהונדסים גנטית. 

ביום שני, 4.11.2019 נערך בטכניון יום עיון בנושא הנדסה גנטית שכותרתו "מהפכת CRISPR - מהחיידק למיטת החולה". האירוע נערך לרגל הענקת פרס הארווי היוקרתי, שהוענק השנה ל-3 חוקרים בתחום הביולוגיה: פרופ' ג'ניפר דאודנה (Jennifer Doudna) מאוניברסיטת קליפורניה, פרופ' עמנואל שרפנטייה (Emmanuelle Charpentier) ממכון מקס פלאנק בגרמניה, ופרופ' פנג ז'נג (Feng Zhang) ממכון ברוד בארה"ב. מחקריהם היוו אבני דרך בפיתוח אחת מהטכנולוגיות המובילות והמדוברות בתחום ההנדסה הגנטית בשנים האחרונות - טכנולוגיית ה-CRISPR\Cas9. מהי הטכנולוגיה ומדוע היא כה מהפכנית?

המושג CRISPR\Cas, או בקיצור קריספר, מתאר סוגים שונים של מערכות המצויות בחיידקים ובארכיאונים (מיקרואורגניזמים בעלי מבנה תא הדומה לחיידק). הקריספר זוהה בתחילת שנות ה-2000 כמעין מערכת חיסון חיידקית: מערכות אלו כוללות אלמנט של זיהוי ממוקד של רצף גנטי (DNA או RNA), ויכולת לבצע עליו מניפולציה (למשל חיתוך) בדיוק כירורגי - כך החיידק מזהה באופן מדויק פולשים (למשל נגיפים שתוקפים אותו) ומתגונן מפניהם. כמו כן, מערכת הקריספר כוללת אלמנט של זיכרון, שיאפשר להכיר את אותו הרצף הגנטי, וכך גם להגן מפני הפולשים, למשך הדורות הבאים של החיידק. ראוי לציין שמלבד הגנה מפני פולשים, למערכות הקריספר יש פעולות שונות ומגוונות במערכות ביולוגיות, שחוקרים מתחילים להבין רק בשנים האחרונות.

בזכות מחקריהם של דודנה, שרפנטייה, ז'נג וחוקרים נוספים, היכולת של מערכת הקריספר לזהות רצף מסויים של DNA ולבצע בו חיתוך, שימשה לבניית כלי הנדסה גנטית מהפכני. טכנולוגיה זו מאפשרת למדענים לשנות את החומר הגנטי באופן יחסית מדוייק, זול ופשוט. העריכה הגנטית מבוססת-הקריספר אמנם פותחה רק בעשור האחרון (2012 - 2013), אך היא כבר מיושמת באופן נרחב להנדסת תרביות תאים וחיות-מודל במחקר, ויש לה פוטנציאל יישומי אדיר בתחומי הרפואה והחקלאות. למעשה, ישנם טיפולים גנטיים מבוססי-קריספר הנמצאים בימים אלו בניסויים קליניים בבני אדם.

בכנס שנערך בטכניון, הרצתה פרופ' שרפנטייה על התגליות שהובילו להנדסה הגנטית באמצעות קריספר, ואף הדגישה את חשיבות המחקר הבסיסי - מחקר שנועד להבנת מנגנונים ביולוגיים, אבל אין לו יישום פרקטי הנראה באופק (במקרה הזה - ההבנה כיצד מערכות קריספר פועלות בחיידקים), כדי להגיע לתגליות מהפכניות עם תועלת רבה לאנושות. פרופ' ז'נג הרצה על טכנולוגיות חדשניות שמפותחות בשנים אלו ממערכות קריספר, לרבות מערכות קריספר מדויקות יותר היוצרות פחות טעויות בתהליך העריכה, כמו גם הנדסה גנטית של RNA שמאפשרת שינוי זמני בתאים המהונדסים ואפילו הכנת ערכות לזיהוי-מהיר של נגיפי RNA כמו שפעת וזיקה (עליה כתבנו בעבר).

הרצאתה של פרופ' עמנואל שרפנטייה

הרצאתו של פרופ' פנג ז׳נג

במהלך הכנס ראיינתי מטעם מדע גדול, בקטנה את פרופ' ז'נג, ושאלתי לדעתו על תחום ההנדסה הגנטית באמצעות קריספר, בהווה ובעתיד:

אורן: לפני שנה הוכרזה לידתן של שתי תאומות בסין, שהונדסו גנטית בטכנולוגיית הקריספר, במטרה להפוך אותן לעמידות להדבק בנגיף ה-HIV הגורם למחלת האיידס. אבי התאומות היה נשא HIV ואמן לא נשאית. מה דעתך על הניסוי הזה?

פרופ' ז'נג: הניסוי שנערך בסין על ידי החוקר חה ג'אנקווי (He Jiankui), בו הונדסו שתי תאומות, לא היה אתי. ההתערבות הגנטית יכולה לגרום להשלכות לא-צפויות על בריאות הילדות, ואין לנו ידע כמה ההתערבויות האלו מדוייקות מספיק. לא היה בכלל צורך בהתערבות שכן ניתן למנוע העברת HIV מהאב הנשא לעובר באמצעים מקובלים (הכוונה לפרוטוקול של ניקוי זרע, תהליך בו היה שימוש גם בניסוי עצמו).

אורן: האם לדעתך יש עתיד, באופן כללי, להנדסה גנטית של בני אדם?

פרופ' ז'נג: להנדסה גנטית בבני אדם יש שני יישומים עיקריים: הנדסה גנטית של תאי הגוף שאינה עוברת בתורשה לדורות הבאים והנדסה גנטית המורשת לדורות הבאים. במקרה של הנדסה גנטית של תאים סומאטיים (הכוונה לתאים שאינם ביצית או זרע), יש פוטנציאל גדול ברפואה. למשל, בימים אלו, נערכים בארה"ב שני ניסויים בבני אדם המשתמשים בטכנולוגיית הקריספר: ניסוי לריפוי מספר סוגי סרטן (ביניהם מיאלומה נפוצה) באמצעות תאי מערכת-חיסון מהונדסים גנטית, וניסוי לריפוי של מחלות גנטיות קשות הפוגעות בייצור תקין של תאי דם אדומים - אנמיה חרמשית ובטא-תלסמיה, באמצעות תאי מח-עצם מהונדסים גנטית. לעומת זאת, החברה האנושית עדיין לא מוכנה להנדסה גנטית של בני אדם שלמים, באופן שמועבר לדורות הבאים. נדרש שיח רציני בחברה על המשמעויות האתיות של הנדסה גנטית מסוג זה.

אורן: מה דעתך על עתיד הקריספר ככלי להנדסה גנטית? לאחרונה שמענו על טכנולוגיית הנדסה גנטית חדשנית שנקראת prime editing, המבוססת על טכנולוגיית הקריספר, ונחשבת למדויקת יותר. האם טכנולוגיה כזו תחליף את הקריספר? 

פרופ' ז'נג: טכנולוגיות מבוססות קריספר מתפתחות מהר מאד, וחוקרים משפרים את הדיוק ואת היעילות של העריכה הגנטית. זה מדהים שמערכת הקריספר החיידקית משמשת לפיתוח מערכות הנדסה גנטית בדרכים כה רבות מגוונות - והעתיד יהיה במערכות כאלו.

אורן: אשאל שאלה קצת אישית - איך השגת כל כך הרבה בגילך הצעיר (38)?

פרופ' ז'נג: היה לי את המזל לעבוד עם מנחים שאימנו אותי והנחו אותי במחקר, ולעבוד עם קולגות ותלמידים שעזרו לקדם את המדע.

נראה שעתיד ההנדסה הגנטית מזהיר, עם שימוש בטכנולוגיות יעילות, מדוייקות ומגוונות יותר. נקווה כמובן שהעדכון הגדול הבא בתחום יהיה יותר על ריפוי מחלות, ופחות על ניסויים פיראטיים בהנדסת בני-אדם. 

מקורות וקריאה נוספת:

• ציר הזמן של התגליות בקריספר: Broad Institute, CRISPR Timeline
• דוברות הטכניון: הטכניון העניק את פרס הארווי למפתחי טכנולוגיית CRISPR-Cas9 לעריכה גנטית
• יום העיון שנערך בטכניון 4.11.19 - תכניה
• מדע גדול בקטנה: התינוקות המהונדסות הראשונות בהיסטוריה? 
• מדע גדול בקטנה: קריספר לזיהוי נגיפים
• להאזנה לפודקאסט גיקונומי - ראיון עם אורן אוסטר על הנדסה גנטית באמצעות CRISPR