איתן סטיבה ינצל את זמנו בתחנת החלל הבין-לאומית לביצוע ניסויים מדעיים. נספר על אחד מהם, שעשוי בעתיד לאפשר זיהוי של גורמי מחלות בחלל בתנאי מיקרו-כבידה באופן מהיר ופשוט לביצוע.

מאת קרין מיטלמן ושגיא ברודסקי

עיצוב: איריס בורשטיין וד"ר דודו בורשטיין

ביום שישי האחרון המריא איתן סטיבה במסגרת משימת Ax-1 בחללית ״דרגון״, ובכך הפך לישראלי השני שהגיע לחלל. פחות מיממה לאחר מכן עגנה החללית בתחנת החלל הבין-לאומית, שבה תשהה המשלחת במשך תשעה ימים. לשמחתנו, סטיבה לא הגיע לתחנת החלל על מנת לנפוש, ובמהלך שהותו בה יבצע יותר מ-30 ניסויים מדעיים מסקרנים. הניסויים תוכננו כולם על-ידי מדענים, רופאים ותלמידים ישראלים, וביניהם גם חברי צוות עמותת מדע גדול, בקטנה [1, 2]. אחד הניסויים, אשר תוכנן במעבדותיהם של ד״ר דודו בורשטיין מאוניברסיטת תל-אביב וד״ר גור פינס ממכון וולקני, משתמש במערכת הקריספר על מנת לזהות נוכחות של רצפים גנטיים ספציפיים [3].

בחלל, בתנאי שטח זרים ושונים מתנאי מעבדה, עולה הצורך בדיאגנוסטיקה גנטית מהירה ופשוטה. במקרה של איש צוות שחש ברע למשל, נדרשים זיהוי מהיר של גורם המחלה והגשת טיפול הולם. מצב נוסף אשר יצריך בעתיד פתרון מהיר במהלך משימות חלל ארוכות, הוא הצורך לזהות בזמן אמת מזיק שתקף גידול חקלאי בחלל ועלול לחסל מקור מזון מרכזי. הניסוי שיבצע סטיבה מנצל מערכת קומפקטית, מדויקת ופשוטה לתפעול, שתוכל לענות על צרכים אלו ללא צורך בציוד מסורבל או בהכשרה מורכבת של כוח אדם.

מערכת הקריספר החיידקית, שעליה כתבנו עליה רבות, היא מעין מערכת חיסון שמסוגלת לזהות נגיפים שהחיידק כבר נתקל בהם בעבר, ולמנוע מהם להשתכפל ולהזיק לו [3, 4]. תחילה מזהה מערכת הקריספר את הקוד הגנטי של הנגיף התוקף. בשלב הבא, חלבון בשם Cas מתפקד כמספריים וחותך את החומר התורשתי של הנגיף, ובכך מונע ממנו להשתכפל. 

בשנים האחרונות פותחו יישומים רבים שמנצלים את יכולות הזיהוי והחיתוך של מערכת הקריספר לעריכה גנטית ודיאגנוסטיקה [6-3]. עמנואל שרפנטייה וג'ניפר דאודנה, שתיים מהמדעניות שגילו את מערכת הקריספר ואף פיתחו שיטות לעריכה גנטית בעזרתה, זכו בפרס נובל לכימיה בשנת 2020 על התגלית [7]. מאז גילוי מערכת הקריספר זוהו מספר חלבוני Cas מאורגניזמים שונים. CasX לדוגמה, שגילה ד״ר דודו בורשטיין במהלך עבודת הפוסט דוקטורט שלו במעבדתה של פרופ׳ דאודנה, הוא בעל פוטנציאל עצום לשיפור יכולותינו בעריכה גנטית, בזכות גודלו הקטן שיכול לאפשר את שליחתו לרקמת גוף ספציפית ביעילות גבוהה יותר [8].

השיטה שישתמש בה סטיבה, DETECTR, פותחה במעבדתה של דאודנה ומשתמשת בחלבון Cas12 על מנת לבחון את נוכחותו של גורם מחלה על בסיס זיהוי הרצף הגנטי שלו [9]. בניגוד לחלבוני Cas אחרים, לאחר זיהוי של רצף גנטי ספציפי Cas12 חותך כל DNA שנקרה בדרכו. את התכונה זו אפשר לנצל על מנת לייצר תגובת צבע. בעזרת מקטע DNA קצר מחברים מולקולת צבע (״צבען״), ומולקולה שמונעת את היווצרות הצבע (״מעכב״). כשיזוהה הרצף הגנטי של גורם המחלה, Cas12 יחתוך את ה-DNA בין שתי המולקולות, המעכב כבר לא יהיה צמוד לצבען - והנוזל במבחנה שלנו ייצבע. 

אם כן, לטובת זיהוי גנטי בחלל בשיטה זו, כל שנזדקק לו הוא חלבון Cas12 שמתוכנת מראש לזהות רצף מסוים, צבען מחובר למעכב, ואת הדגימה שנרצה לבחון. את כל החומרים הללו אפשר להכניס למבחנה אחת קטנה ולבצע את הבדיקה בקלות ביצוע של בדיקת קורונה ביתית. התוצאה שתתקבל תהיה ברמת הדיוק של בדיקת PCR, ללא צורך במכשור המתקדם שנדרש בבדיקה מסוג זה. במשימות חלל יש יתרון עצום בצמצום הגודל והמשקל של המטען הנישא. כמויות החומרים הקטנות מאפשרות לערוך עשרות בדיקות בתוספת שולית של משקל וגודל, אך עלינו לדעת אילו מחוללי מחלות נרצה לזהות לפני היציאה למסע.

שיטה זו הוכיחה שהיא מסוגלת לזהות נוכחות של נגיפים שונים, כולל נגיף הקורונה, ואף נגיפים מזיקים של גידולים חקלאיים [11-8]. דן אלון, גם הוא ממתכנני הניסוי שצפוי להתבצע בתחנת החלל, הצליח לזהות בעזרתה שני וירוסים בעלי פוטנציאל נזק גבוה לגידולי עגבניות [11]. 

סטיבה, שהגיע במהלך ההכנות לשיגור למעבדתו של ד״ר בורשטיין על מנת ללמוד איך לבצע את הניסוי, ינסה לזהות רצפים גנטיים של שלושה אורגניזמים - החיידק E. coli, שמר האפייה (S. cerevisiae) וזבוב פרי האפרסק (B. zonata). החומרים שבהם ישתמש סטיבה נמצאים בהקפאה כחודשיים, ובעתיד נצטרך לבחון אם אפשר לשמור אותם למשך זמן רב יותר כך שיתאימו למשימות ארוכות. על פני כדור הארץ המערכת זיהתה את הרצפים האלו בהצלחה, ובקרוב נגלה אם השיטה תצליח לזהות את אותם הרצפים גם בתנאי מיקרו כבידה.

בהנחה שהשיטה תוכיח את עצמה גם בחלל, נוכל בעתיד להשתמש בה לזיהוי פתוגנים שונים במשימות ארוכות טווח - בקלות, במהירות וללא צורך בהכשרה או במכשור מתקדמים. נאחל לסטיבה שיחזור הביתה בשלום יחד עם כל המשלחת, אך לא לפני שיסיים לבצע את כל הניסויים - בהצלחה כמובן.

שליחיכם הנאמנים פה בעמותת מדע גדול, בקטנה יעדכנו בשמחה על התקדמויות משמעותיות.

ד"ר קרין מיטלמן היא עמיתת מחקר במעבדתו של ד״ר דודו בורשטיין, שבה מנסים לגלות גנים חדשים ששייכים למערכת הקריספר וגנים חדשים שמסוגלים להקנות עמידות לאנטיביוטיקה.

עריכה: שיר רוזנבלום-מן

מקורות לקריאה נוספת:

1. רשימת הניסויים שיבצע סטיבה בתחנת החלל
2. כתבה ב"הארץ" על אחד מהניסויים 
3. העתיד כבר כאן: שימוש ראשון ב-CRISPR\Cas9 בבני-אדם
4. התינוקות המהונדסות הראשונות בהיסטוריה? כנראה שכן
5. לראשונה שימשה מערכת העריכה הגנומית המובילה בעולם, CRISPR/Cas9, לחיתוך מולקולת רנ"א ולא דנ"א!
6. קריספר לזיהוי נגיפים
7. הוכרזו זוכות פרס נובל לכימיה לשנת 2020
8. המאמר שבו פורסם הגילוי של CasX
9. המאמר ממעבדת דאודנה אשר מתאר את השיטה
10. זיהוי וירוס הקורונה בעזרת השיטה
11. זיהוי וירוסים מזיקים בעגבנייה - מחקר מהמעבדה של ד״ר גור פינס ממכון וולקני