פרס נובל לכימיה לשנת 2020 יוענק לחוקרות עמנואל שרפנטייה (Charpentier) וג'ניפר דאודנה (Doudna), על תרומתן לפיתוח טכנולוגיית העריכה הגנטית קריספר. טכנולוגיית קריספר מאפשרת ביצוע שינויים ברצף הגנטי של יצורים חיים, לרבות האדם, באופן ממוקד ובדיוק גבוה. טכנולוגיה זו חוללה מהפכה במחקר במדעי החיים, והיא בעלת שימושים פוטנציאליים רבים ברפואה – ביניהם טיפולים במחלות סרטן ומחלות תורשתיות.

עריכה גנטית נשמעת כמו מדע בדיוני – היכולת לשנות תכונות של יצורים חיים, לרפא מחלות, ואפילו להעניק "כוחות על". טכניקות עריכה גנטית היו קיימות כבר עשורים, אבל רק בשנים האחרונות זה הפך לכלי שנגיש לכל חוקר, באופן זול ומהיר - בזכות טכנולוגיית קריספר.

הכול התחיל בחיידק. חיידקים מותקפים על ידי נגיפים שונים, שמחדירים את ה-DNA שלהם לחיידק - ומערכת שנקראת CRISPR\Cas9, או בקצרה "קריספר", מסוגלת לזהות ולנטרל את אותו DNA פולש. 

מערכת הקריספר החיידקית כוללת רצף של DNA, שמהווה מעין "זיכרון חיסוני" המכיל בתוכו רצפים מנגיפים שבהם נתקל החיידק בעבר. בעזרת מקטעי RNA קצרים (הנקראים crRNA), שמיוצרים על בסיס אותו זיכרון חיסוני, המערכת מסוגלת לזהות את החומר התורשתי של הנגיף שחדר בשנית. בשלב הבא מתבצע חיתוך של החומר התורשתי הנגיפי על ידי רכיב חלבוני הנקרא Cas9. המערכת מתפקדת כמו מספריים, שמתבייתים על רצף DNA באופן מדויק וחותכים אותו. כך מערכת החיסון החיידקית מסוגלת לזכור ולהשמיד DNA פולש. 

עמנואל שרפנטייה חקרה את החיידק Streptococcus pyogenes - אותו סטרפטוקוק שגורם לדלקת בגרון, וגילתה מולקולת RNA מיוחדת הנקראת tracrRNA. שרפנטייה הראתה שמולקולה זו היא למעשה רכיב חיוני באותה מערכת חיסון חיידקית (ביחד עם ה-Cas9 וה-crRNA), שנחוצה לזיהוי המדויק של ה-DNA וחיתוכו, ממש כמו מספריים גנטיים.

שרפנטייה פרסמה את ממצאיה בשנת 2011 והחלה לעבוד עם החוקרת ג'ניפר דאודנה, ביוכימאית עם מומחיות ב-RNA. החוקרות ביצעו התאמות של רכיבי הקריספר, והצליחו לשחזר במבחנה את אותם מספריים גנטיים של החיידק, החותכים DNA באופן מדויק. פיתוח זה אִפשר לבצע חיתוך בכל מולקולת DNA שרק נרצה – לא רק בנגיפים של חיידקים. חיתוך זה מאפשר לבטל פעילות גנים, ואף להוסיף מקטעי DNA חדשים לאזור שנחתך. פריצת דרך זו, שפורסמה בשנת 2012, אפשרה לשנות את הקוד הגנטי של יצורים חיים רבים, בקלות ובדיוק רב.

קריספר הוא אמנם טכנולוגיה חדשה, אבל כבר הספיק לעשות מהפכה בתחומי מדעי החיים והרפואה: חוקרים יכולים בקלות ובדיוק גבוה לשנות את הרצף הגנטי של מושאי המחקר שלהם, החל מתרביות תאים ועד לבעלי חיים שלמים, וכך להבין טוב יותר את אבני הבניין של החיים. עריכת הגנום של צמחים, לדוגמה, אפשרה פיתוח של יבולים חקלאיים שעמידים למזיקים וליובש. 

טכנולוגיית קריספר משמשת גם לפיתוח טיפולים רפואיים פורצי דרך, לרבות תאי מערכת חיסון מהונדסים שתוקפים גידולים סרטניים וריפוי מחלות תורשתיות חשוכות מרפא. ניסויים בטיפולים חדשניים אלו מתרחשים בשנים האחרונות בבני אדם, וחלקם כבר הראו תוצאות ראשוניות מבטיחות, לרבות מחקר לטיפול באנמיה חרמשית - מחלה תורשתית קשה הפוגעת בייצור תאי דם. 

אין ספק שזו תגלית ראויה לנובל. מאז שטכנולוגיית הקריספר נכנסה לשימוש היא נחשבה כמועמדת מובילה - אפילו אנחנו הכנסנו אותה ל"טבלת ההימורים" לנובל בשנה שעברה. שרפנטייה ודאודנה זכו השנה בפרס וולף לרפואה המוענק בישראל, שנחשב כמנבא טוב לזוכי פרסי נובל, ואף זכו לפני שנה בפרס הארווי היוקרתי שהוענק בטכניון, עם החוקר פנג זאנג (Zhang). עם זאת, היו חששות שמאבקים משפטיים על פטנטים בין צוותי מחקר שונים שלקחו חלק בפיתוח הטכנולוגיה יגרמו לדחיית הזכייה בנובל, על כן הזכייה כבר השנה היא מפתיעה ומרגשת במיוחד.

עמנואל שרפנטייה, בהרצאה ביום העיון לרגל זכייתה בפרס הארווי בטכניון בשנת 2019

מקורות וקריאה נוספת:

• הודעה לעיתונות על הזכיה בפרס נובל לכימיה לשנת 2020 
• רקע מדעי מורחב על הזכיה בפרס נובל לכימיה לשנת 2020
• פרס הארווי הוענק למפתחי טכניקת ההנדסה הגנטית CRISPR, מדע גדול בקטנה 2019
• פרס וולף לרפואה לשנת 2020, מדע גדול בקטנה
• מהמרים על הנובל, מדע גדול בקטנה, 2019
• להאזנה: פודקסט מדברימדע, פרק 47: אורן אוסטר - איך לפרוס לך את הדי.אנ.איי?