מעבר לרצף

איתור מידע אפיגנטי, העשוי לסייע באיבחון מוקדם של סרטן ומחלות אחרות

בסוף חודש יוני נחנך בישראל הקונסורציום הבינלאומי BeyondSeq, שבו שותפים הטכניון, אוניברסיטת תל אביב וחמישה גופים מבריטניה, שוודיה , בלגיה וצרפת. היעד: לפתח שיטות לפענוח מידע אפיגנטי מדוגמאות קליניות. BeyondSeq (“מעבר לריצוף”) נוסד הודות למענק של 6 מיליון יורו מ”הורייזון 2020″ – תוכנית המסגרת של האיחוד האירופי, שבחרה בו וב-7 קבוצות מחקר נוספות מתוך 450 קבוצות שהגישו הצעות.

“ריצוף הגנום הוא אחת המהפכות הדרמטיות ביותר בתחום מדעי החיים והרפואה,” מסביר פרופ’ עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית, העומד בראש הקבוצה הטכניונית בקונסורציום שפיתח שיטה חדשנית למיפוי של מולקולות DNA. “עם זאת, הריצוף הקיים מאפשר מיפוי של הרצף הגנומי הבסיסי (המיוצג באותיות A, C, G, T) אך לא של מידע אפיגנטי. יתר על כן, שיכפול ה-DNA מכניס שגיאות בקריאת הרצף, מוחק לגמרי את המידע האפיגנטי, וכרוך בעלויות גבוהות. כל זה נחסך בשיטה שלנו, שגם מאפשרת להשתמש בדוגמאות זעירות המורכבות ממולקולות ספורות.” על פי ההערכות תשמש השיטה לאיבחון מוקדם של מחלות ולמעקב אחר התפתחותן ללא צורך בהליך פולשני.

אפיגנטיקה היא ענף החוקר תהליכי שינוי כימיים בבסיסי ה-DNA אך אינם כרוכים בשינוי רצף ה-DNA. האפיגנום גמיש ומשתנה כתוצאה מהשפעות סביבתיות כגון תזונה ולחץ, וזיהוי מוקדם של השינויים החלים בו עשוי להוביל לטיפול מוקדם ויעיל יותר במחלות הנגזרות מהם, ובהן סרטן.

“ככל שמתפתח המחקר האפיגנטי מתבררת חשיבותו העצומה, שכן לאפיגנום השלכות קליניות רבות ודרמטיות,” מסביר פרופ’ מלר. “פענוח הדינמיקה האפיגנטית היא אתגר מדעי עצום, שכן שיטות הריצוף הקיימות אינן חושפות את המידע הזה באופן ישיר. זה אחד הפערים שהקונסורציום שלנו בא למלא: פיתוח דרכים לקריאת האינפורמציה האפיגנטית לאורך מולקולות-DNA בודדות ולפענוחה הממוחשב בהקשר הקליני, כלומר איבחון שיבושים פתולוגיים וסימנים ראשונים לסרטן המעי ולסרטן הריאות.”

מעבדת מלר פיתחה טכנולוגית קריאה של DNA באמצעות חרירים ננו-מטריים, שעוביים כשל מולקולת DNA (בערך 2 ננו-מטר), הנקדחים בשכבות סיליקון דקיקות. מולקולות ה-DNA, הבנויות כשרשראות הטעונות במטען חשמלי שלילי, נמשכות באמצעים אלקטרו-מגנטיים לכיוון החרירים, ואחד מקצות השרשרת מושחל לננו-חריר בעזרת הכוח החשמלי. בזמן מעבר השרשרת בחריר מבוצעת סריקה של המולקולה )באמצעים אופטיים או חשמליים).

פרופ׳ מלר החל לעבוד בתחום הביופיזיקה של מולקולות בודדות עוד בזמן הדוקטורט שלו במכון ויצמן למדע. לאחר מכן השתלם (פוסט-דוקטורט) בשתי מעבדות: במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן ובאוניברסיטת הרווארד בארה״ב (ביולוגיה), שם החל לעבוד על ננו-חרירים. לאחר מכן שהה כעמית מחקר בכיר במכון רולאנד בהרווארד במשך 8 שנים, ועמד בראש המעבדה לביופיזיקה של מולקולות בודדות. משם עבר לאוניברסיטת בוסטון כפרופסור חבר קבוע במחלקה להנדסה ביו-רפואית. בשנת 2010 חזר פרופ׳ מלר לישראל לפקולטה להנדסה ביו-רפואית עם מינוי משני בביולוגיה, והוא חבר במכון ראסל ברי לננו-טכנולוגיה.

את הטכנולוגיה שתפותח במסגרת קונסורציום BeyondSeq החל פרופ’ מלר לפתח כבר ב-1998 באוניברסיטת הרווארד, וכעת המשימה היא להתאים אותה מריצוף “רגיל” לריצוף אפיגנטי. השנה כבר פרסמה הקבוצה שלושה מאמרים מדעיים בנושא זה: שיפור גלאי הננו-חרירים האופטיים (Nano Letters, 15, 745–752, 2015) , זיהוי של חלבוני אוביקיוטין בודדים ע”י ננו חרירים (Biophysical Journal 108, 2340–2349, 2015), ומיפוי של פקטורי שיעתוק לאורך DNA ברמת המולקולה הבודדת (Scientific Reports 5, 1–11, 2015) .

“המחקר במעבדתי היה תמיד על התפר שבין מדע בסיסי לבין היבטיו היישומיים – ובמקרה הזה בתחומים של ריצוף קליני ורפואה מותאמת אישית. בארה״ב פיתחנו שיטות חדשות לריצוף מולקולות DNA במימון מכון הבריאות האמריקאי (NIH). מטרת הפרויקט, שאליו הצטרפתי עם כינונו ב-2005, היתה להוריד את עלותו של ריצוף הגנום בכ-5 סדרי גודל. עם הצטרפותי לתוכנית עמדה עלותו של ריצוף הגנום האנושי על יותר מעשרה מיליון דולר (לגנום של אדם יחיד) – סכום שרק מעטים יכולים להרשות לעצמם. כיום, במידה רבה בזכות הפרויקט של NIH, עולה ריצוף כזה פחות מאלף דולר ומתחיל להכנס לסלי הבריאות בעולם. למהפכה זו, שהתרחשה כתוצאה מפיתוח של שיטות ריצוף חדשות לגמרי – ולא רק משכלול השיטות הקיימות – השלכות דרמטיות על המחקר הבסיסי, על הרפואה ועל החברה שבה אנו חיים.”


דילוג לתוכן