היום לפני 28 שנים מתה ברברה מקלינטוק. מקלינטוק הייתה חוקרת מוערכת, שעל שמה רשומות תגליות פורצות דרך. אחת מהן – מקטעי DNA ש"קופצים" ממקום למקום בגנום – נראתה כל־כך מופרכת, עד שהקהילה המדעית התעלמה מהתגלית במשך למעלה מעשור. מקלינטוק אמנם הפסיקה לפרסם מאמרים על התצפיות שלה בעקבות היחס מהקהילה, אך התמידה והמשיכה לחקור אותן, בוטחת בעצמה ובעדויות המדעיות. על תגליתה זו קיבלה פרס נובל בשנת 1983.

ברברה מקלינטוק נולדה בשנת 1902 בארצות הברית. כאשר רצתה להירשם ללימודים באוניברסיטה, אִמָּהּ התנגדה נחרצות מכיוון שחששה שזה יפגע בסיכוייה להינשא, אך בעקבות תמיכת אביה הלכה ללמוד בוטניקה באוניברסיטת קורנל שבניו יורק. תחום הגנטיקה היה עדיין בחיתוליו, בתקופה שבה עדיין לא היה ברור ש־DNA הוא החומר התורשתי [1]. מקלינטוק נרשמה לקורס הגנטיקה היחיד באוניברסיטה לתלמידי תואר ראשון והתאהבה בנושא [2, 3].

 מחקרה של מקלינטוק התמקד בכרומוזומים של התירס והגנים שהם מכילים. כרומוזומים הם המבנים שבהם ארוז ה־DNA, וגנים הם מקטעי DNA המכילים הוראות הקובעות את תכונותיו של היצור. מקלינטוק נחשבה לחוקרת מובילה בתחומה, והייתה שותפה לגילויים פורצי דרך רבים. בעקבות הצלחתה הפכה ב־1944 לאישה השלישית שנבחרה לאקדמיה הלאומית האמריקאית למדעים, ושנה לאחר מכן לאישה הראשונה שמונתה לנשיאות האגודה האמריקאית לגנטיקה [4 ,5].

מקלינטוק חקרה את תבניות הצבע בגרגרי תירס צבעוני (flint corn). בסוף שנות ה־40 הביאו אותה ניסוייה למסקנה כי ישנם מקטעי DNA המסוגלים "לקפוץ" ממקום למקום, בתוך ובין כרומוזומים. הקפיצה עלולה להשפיע על הגנים הפעילים בכל תא, וכתוצאה מכך על צבעי גרגרי התירס (ראו איור באתר). כאשר הרצתה על הנושא, הקהל היה בחלקו עוין ובחלקו בהלם; "הם חשבו שהשתגעתי לחלוטין", אמרה [2]. כשפרסמה את ממצאיה, המאמר זכה להתעלמות, ועמיתיה אף חשדו שתאוריה מוזרה זו היא תסמין של גיל המעבר [6]. מקלינטוק הפסיקה לפרסם מאמרים על הנושא אך המשיכה לחקור אותו, משוכנעת בצדקתה [2, 7]. רק באמצע שנות השישים החלה הקהילה המדעית לאשש את ממצאיה ביצורים אחרים, והגיעה למסקנה שצדקה [2, 8]. 

דוגמה למנגנון שבו השתנו צבעי גרגרי התירס בשל קפיצת טרנספוזונים. יש לציין שהמערכת שבה השתמשה מקלינטוק הייתה מעט יותר מסובכת, ומדובר בהפשטה של תצפיותיה.

אז מהם אותם מקטעי DNA שזיהתה מקלינטוק? טרנספוזונים, המכונים גם "גנים קופצים", הם רצפי DNA "טפיליים" שזקוקים ליצור המאכסן על מנת להתקיים. במרבית המקרים הם אינם מועילים לו ואף יכולים להזיק. למקטעים אלו יכולת לזוז ממקום למקום בגנום של המאכסן ואף להשתכפל. רבים מהטרנספוזונים מכילים בתוך הרצף שלהם גנים המשתתפים בתהליך השכפול של הטרנספוזון בתא, והם מסייעים לו "לקפוץ" ולהיכנס למקומות חדשים [9].

עם חלוף הזמן התברר גודל תגליתה של מקלינטוק – כיום אנו יודעים כי טרנספוזונים נפוצים בכל ממלכות החיים, ושרצפיהם מהווים נתח משמעותי מהגנומים של היצורים המאכסנים. בחרקים, טרנספוזונים מהווים כ־‏15%–47% מכלל הגנום, ובצמחים נצפו דוגמאות קיצוניות יותר – בתירס שחקרה מקלינטוק כ־70% מהגנום מורכב מרצפים של טרנספוזונים, וישנם מיני צמחים שבהם נתח הטרנספוזונים קרוב ל־90% [10]. 

קלחי התירס המקוריים שבהם השתמשה מקלינטוק בניסוייה ב-1947, השמורים באוסף מקלינטוק ב-CSHL. התמונה באדיבות פרופסור סדריק פשות (Prof. Cedric Feschotte).

מה לגבי בני האדם? האם גם בחומר התורשתי שלנו נפוצים טרנספוזונים? התשובה היא כן – כ־45% מהגנום שלנו מורכב מרצפים טפיליים אלו [11], אך אין זה אומר שכמעט חצי מהגנום שלנו מקפץ לו ממקום למקום. הרוב המוחלט של רצפי הטרנספוזונים איבד את יכולתו לקפוץ בשל מוטציות [11,8]. בנוסף, לתאי המאכסנים ישנם מנגנונים שמטרתם להשתיק טרנספוזונים ולא לאפשר גם לפעילים מביניהם לקפוץ [12]. עם זאת, למרות תדירותה הנמוכה, קפיצת טרנספוזונים אכן מתרחשת [12]. טרנספוזון שקופץ עלול להיכנס לתוך רצף של גן ולפגוע בתפקודו. קפיצה לתוך גנים מסוימים עלולה לגרום לסרטן, וקפיצה המתרחשת בתא רבייה (זרע או ביצית), יכולה לגרום למחלות גנטיות בצאצא. עד כה תועדו באדם מעל ל־120 מחלות גנטיות שנגרמו בעקבות תופעה זו [13].

לטרנספוזונים יכולה להיות גם השפעה חיובית על היצור המאכסן. לעתים, בתנאים קיצוניים, ישנה עלייה בקפיצת הטרנספוזונים. הטרנספוזונים יכולים להתמקם באזורים חדשים בגנום ולהשפיע על כמות וזהות הגנים הפעילים בכל תא. תהליך זה מגדיל את השונות באוכלוסייה ומגביר את הסיכוי להימצאות פרטים שיתאימו לתנאי הסביבה החדשים [8, 14, 15]. בנוסף, ישנו מספר לא מבוטל של עדויות שמתארות "ביות" של טרנספוזונים, כלומר ניצולם על ידי היצור המאכסן על מנת להעניק לו יתרון. למשל, יכולתה של מערכת החיסון הנרכשת שלנו לזהות מחוללי מחלה שונים מתאפשרת בזכות שני חלבונים ייחודיים שמקורם בטרנספוזונים, אשר צברו מוטציות לאורך האבולוציה וקיבלו את תפקידם החדש [12]. דוגמה נוספת שבה טרנספוזונים מעניקים יתרון ליצור המאכסן מגיעה מתחום העמידות החיידקית לאנטיביוטיקה. חיידקים שנמצאים בקרבה אחד לשני יכולים להעביר ביניהם מידע גנטי באמצעות מנגנון ייחודי. טרנספוזון הנושא גן לעמידות לאנטיביוטיקה יכול לעבור באמצעות מנגנון זה לחיידק אחר ובכך להעניק לו עמידות (ראו איור) [16 ,17].

נחזור אל גיבורת הסיפור שלנו: בשנת 1983, יותר מ־30 שנה לאחר תגליתה, זכתה מקלינטוק להכרה שהגיעה לה, והיא הייתה לאישה היחידה אי פעם שמקבלת לבדה את פרס הנובל לפיזיולוגיה או רפואה [18]. קשה שלא להעריך את המדענית הזו, שלמרות הסתייגותו הזמנית של עולם המדע מתגליתה היא לא הפסיקה לרגע להאמין בממצאיה ולחקור את הנושא שכל־כך סִקרן אותה.

עיצוב התרשימים: דנה בר־צבי ושגיא ברודסקי
עיצוב תמונת הנושא: שלי קרן-גיל

למקורות ולקריאה נוספת:

1. על גילוי החומר התורשתי
2. נשים ששינו את המדע - ברברה מקלינקטוק (מתוך אתר פרס הנובל)
3. דף פרס הנובל לפיזיולוגיה או רפואה, שנת 1983 
4. הספריה האמריקאית לרפואה - ביוגרפיה של ברברה מקלינטוק
5. פרק על ברברה מקלינטוק
6. סרטון מחווה לברברה מקלינטוק, היכל התהילה של נשות קונטיקט
7. הרצאת הנובל של ברברה מקלינטוק
8. על טרנפוזונים ויכולתם לשלוט על ביטוי גנים במאכסן
9. על טרנספוזונים ואבולוציה
10. מאמר העוסק בתיאוריה על מקורם של הווירוסים בטרנספוזונים
11. על תרומתם של טרנספוזונים לחדשנות אבולוציונית
12. עשרה דברים שכדאי לדעת על טרנספוזונים
13. טרספוזונים ומחלות גנטיות באדם
14. על שונות גנטית ואוכלוסיות 
15. Transposons, environmental changes, and heritable induced phenotypic variability
16. על טרנספוזונים ועמידות חיידקית לאנטיביוטיקה
17. סקירה על טרנספוזונים
18. עובדות על פרס הנובל לפיזיולוגיה או רפואה