מאת: דר’ ליאת לינדה
סרטי המדע הבדיוני (לפחות בכל הנוגע לפיצוח הגנום האנושי) הולכים ומיישרים קו עם המציאות. בשבוע IATI-ביומד ישראל 2013, שייערך בתל אביב, יחשוף המרכז הגנומי של מכון רפפורט, כמה מפריצות הדרך בטכנולוגיות הגנומיות המאפשרות כיום לבצע מחקרים בהיקפים נרחבים, שעד לפני עשור היו בלתי אפשריים לביצוע
דמיינו שאתם פונים לרופא המשפחה משום שאתם חשים לא בטוב. לפני הבדיקה עצמה הוא מעלה במחשב את רצף ה-DNA שלכם (הגנום), ובמקביל, הוא דוקר אתכם באצבע ותוך דקות מקבל מהדם את פרופיל ה’אומיקס’ שלכם בתאים באותו רגע נתון – כלל התעתיקים (טרנסקריפטום), כלל החלבונים (פרוטאום), כלל השינויים האפיגנטיים בגנום שלכם (אפיגנום) וכלל המטבוליטים הנמצאים בתאיכם (מטבולום). נשמע כמו סצינה מסרט מדע בדיוני? אולי היום, אבל בטווח של 5-10 שנים זו תהיה המציאות של כולנו.
הכח המניע העיקרי לכך הוא ההתקדמות הטכנולוגית האדירה שהובילה במספר שנים מועט להתפתחות של טכנולוגיות גנומיות המאפשרות לשאול שאלות ביולוגיות מורכבות ולבצע מחקרים בהיקפים נרחבים שעד לפני עשור היו בלתי אפשריים לביצוע. למשל, כלל השינויים שעובר גנום של אדם בהדבקה ויראלית או הבדלים בין גנומים של תאומים כשאחד חולה והשני בריא. הטכנולוגיות הגנומיות האלה יקרות מאוד, הרבה מעבר לתקציבי מעבדת מחקר ממוצעת, ובנוסף דורשות ידע נרחב להפעלת המיכשור ולאנליזה של הנתונים. ולכן יש היום בארץ ובעולם מרכזים גנומיים שמטרתם מתן שירות על הטכנולוגיות המורכבות הללו.
אנו, במרכז הגנומי של מכון רפפורט בפקולטה לרפואה של הטכניון בחיפה, פועלים על מנת לספק את צרכיהם ודרישותיהם של חוקרים מהאקדמיה, רופאים-חוקרים בבתי-חולים, וחוקרים בחברות תרופות וביוטק. יש לנו היכולת לבצע מחקרים גדולים הכוללים אלפי דוגמאות, כמו גם מחקרים קטנים המותאמים לדרישות מיוחדות. השירות הניתן במרכז מלווה את החוקרים החל משלב תכנון הניסוי, דרך העבודה הניסויית, וכלה באנליזה של הנתונים. במרכז קיימות מספר מערכות גנומיות מתקדמות לצד מערכות בסיסיות ופשוטות יותר. המערכות יוצגו במסגרת שבוע “IATI-ביומד ישראל 2013”, שייפתח ב-10 ביוני 2013 בתל אביב שהפך במעל לעשר שנות קיומו, לכנס בינלאומי בו לוקחים חלק מדי שנה השמות הגדולים (והחמים) ביותר בעולם מענפי הביוטכנולוגיה, התרופות והמכשור הרפואי.
הדור השלישי של מכשירי ה-PCR
אחת המערכות המתקדמות במרכז היא BioMark HD של חברת Fluidigim, המהווה למעשה את הדור השלישי
של מכשירי ה-() Polymerase Chain Reaction. זו מערכת של Real-Time PCR בעלת רגישות גבוהה מאוד, המבוססת על צ’יפים מיקרופלואידים בהם ניתן לבצע כימות אבסולוטי של ביטוי גנים, או זיהוי של Single Nucleotide Polymorphisms
() ומוטציות באללים נדירים, באפליקציה של Digital PCR. לזיהוי שכזה יש חשיבות עצומה, לדוגמא במקרים העוסקים בסרטן כשבתאי הגידול קרתה מוטציה סומטית הנמצאת רק באחוז קטן מהתאים ברקמה. בנוסף, הטכנולוגיה של המערכת הזאת מאפשרת לבצע בו זמנית אלפי ראקציות וכך בעצם להסתכל על רשת שלמה של גנים במקום להסתפק באנליזה של גן בודד. הסתכלות על מספר רב יותר של גנים השייכים למסלול ביולוגי מסוים מספקת תמונה רחבה ומלמדת טוב יותר על המנגנון המולקולרי הנחקר. כמו כן, הטכנולוגיה מאפשרת לעשות אנליזה אפילו לתא יחיד, תוצאה המובילה להבנה שלנו לגבי התפקיד של כל תא באוכלוסיית תאים כוללת המורכבת ממספר סוגי תאים. מגוון האפליקציות הללו פותחות דלת להבנת אירועים מולקולריים בתא כפי שלא התאפשר עד כה.
מערכת מתקדמת נוספת היא Personal Genome Machine () של חברת Ion Torrent. מערכת זו מאפשרת קריאת רצף מהדור החדש (Next Generation Sequencing, NGS) בסקלה קטנה של נתונים. למשל, גנום של חיידק או פאנל של גנים הגורמים למחלה מסויימת. דוגמא זו ממחישה את האטרקטיביות לשימושים קליניים. בזכות טכנולוגיה זו לא צריך להסתפק יותר באנליזה של גנום חיידק יחיד, אלא לבצע את מה שמכונה Metagenomics – אנליזה של מושבות חיידקים מעורבות. מחקרים כאלה מעניקים אור חדש על המיקרוביום האנושי – אפיון מושבות החיידקים במספר רקמות ואברים בגוף האדם, ובכך משנים את פני המיקרוביולוגיה. בנוסף, בשנים האחרונות מבוצעים מספר פרויקטים עולמיים שעושים שימוש בטכנולוגיית ה-NGS למשל, ה-1000 Genomes – פרויקט שמטרתו לזהות את השונות בגנום האנושי, או האנציקלופדיה של אלמנטים ב- (ENCODE) שמטרתה לאפיין את האלמנטים הפונקציונלים בגנום האנושי. גם התחום של הדיאגנוסטיקה הפרה-נטלית עובר מהפיכה ע”י טכנולוגיות מהסוג הזה שמאפשרות לזהות הימצאות של כרומוזום עודף (טריזומיה) בעובר ע”י בידוד ה-DNA העוברי מדם אימהי.
סורקים צ’יפים
טכנולוגיה גנומית נוספת שזמינה במרכז נקראת HiScan של חברת Illumina. במערכת הזאת אנחנו סורקים צ’יפים במטרה לזהות את כלל השינויים בדוגמת DNA, או לאפיין את פרופיל המתילציה בדוגמת DNA, או לכמת את כלל התעתיקים בדוגמת RNA. למשל, ביצוע של
Chromosomal Microarray Analysis
() ל-DNA עוברי אפשרי במערכת המתקדמת הזאת עם צ’יפים המכילים בין שלוש-מאות אלף לחמישה מליון סמנים. משמע, הרזלוציה גבוהה מאוד ומאפשרת לנו לזהות בעובר חסרים ואמפליפיקציות קטנים שעד היום לא ניתן היה לזהותם. המשמעות בפועל היא שהתחום של הציטוגנטיקה הקלאסית, שהחל בשנות ה-60 של המאה הקודמת כשפיתחו את הקריוטיפ המבוסס על G-banding המאפשר רזולוציה בסקלה של
Mega bases (), משנה פניו לבלי היכר עם הציטוגנטיקה המולקולרית המאפשרת רזולוציה של (Kb). תחום זה ימשיך ויתקדם בשנים הקרובות עד למה שמכונה הקריוטיפ הדיגיטלי, שייעשה במערכות NGS ויהיה ברזולוציה של בסיס אחד.
אז מה צופן בחובו העתיד? מחד גיסא, שדרוג של מה שהכרנו בעולם הרפואה בחמישים השנים האחרונות ומאידך גיסא, התפתחות והעמקה של כל הניצנים החדשים המופיעים היום. לא עוד הנחת היסוד שטיפול ע”י תרופה מסויימת ובמינון מוגדר מתאים לכל החולים במחלה כלשהי, או ביצוע דיקור מי שפיר לבדיקת כרומוזומי העובר, אלא רפואה מותאמת אישית לכל חולה, קריוטיפ דיגיטלי ברזולוציה של בסיס אחד מדם האם, זיהוי מרקרים בדם לסרטן, זיהוי גנים המעורבים במחלות נדירות במשפחות קטנות, זיהוי גנים המעורבים בתכונות מורכבות, יכולת לרצף גנום שלם ממולקולה בודדת ללא צורך באמפליפיקציה, יכולת לאנליזות כוללות ברמת התא הבודד ועוד כהנה וכהנה.
העתיד יכלול הרבה אנליזות מתקדמות ורחבות היקף לנתונים הרבים המופקים היום. אנליזות אלה יובילו לגילויים חדשים, ואלה יביאו איתם שאלות אתיות רבות ויהיו בעלי השלכות על התחום החברתי, הכלכלי והפוליטי. כשחושבים שרק לפני 60 שנה פורסם מבנה ה-DNA ע”י ווטסון וקריק, ורק לפני 10 שנים הושלם פרויקט גנום האדם, אין לנו אלא להשתאות ולצבוט עצמינו כדי להיווכח שאיננו חולמים.
הכותבת, דר’ ליאת לינדה, היא מנהלת המרכז הגנומי של מכון רפפורט, ביו-ראפ טכנולוגיות, המציגה במסגרת תערוכת IATI-ביומד ישראל 2013, שתתקיים בתל אביב, ביוני 2013.
