תפוח אדמה גנטי יחליף את העץ האבולוציוני

מאז ימיו של צ'ארלס דרווין מקובל על המדענים העוסקים באבולוציה לתאר את התפתחותם זה מזה של המינים הביולוגיים השונים - חד תאיים ורב תאיים, צמחים ובעלי חיים - בצורת עץ.

בבסיס הגזע של העץ הזה עומד התא החי הראשון, הוא "האב הקדמון המשותף" של כל היצורים החיים. במהלך האבולוציה, כשמין ביולוגי אחד מתפצל לשני מינים, כמו האדם והשימפנזה, מקובל לתאר זאת כשני ענפים המנצים מענף משותף.

נקודת המפתח במודל הזה היא ששני המינים, כמו שני הענפים, אינם נפגשים בשנית. כל מין ביולוגי ממשיך בהתפתחותו האבולוציונית העצמאית, אינו יורד לאחור במורד העץ ואינו יוצר קשר עם ענפים אחרים. שני מינים שנפרדו זה מזה אינם שבים להתאחד ואינם מחליפים ביניהם גנים שעברו שינוי - לכל אחד מסלול שינוי גנטי ואבולוציה משלו.

אבל פרופסור פיטר גוגרטן, ראש המחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא באוניברסיטת קונטיקט וד"ר אורי גופנא, מרצה בכיר במחלקה למיקרוביולוגיה מולקולארית באוניברסיטת תל אביב, טוענים אחרת.

תפוח אדמה גנטי

במחקריהם המשותפים והנפרדים הם מציגים מקרים של העברת גנים בין מינים ביולוגיים שונים ונפרדים זה מזה, מנגנון המכונה בפיהם "העברת גנים רוחבית".

גוגרטן, גופנא ועמיתיהם מעצבים אפוא מחדש את מסלול האבולוציה המוכר והידוע: לא עוד עץ האבולוציוני אלא רשת אבולוציונית שבה יש חיבורים רוחביים בין הענפים השונים.

בין בעלי חיים קדומים, כמו אורגניזמים פרוקריוטיים חד-תאיים, המצויים בלבו של "תפוח האדמה", נפוצה העברת גנים רוחבית כדבר יום ביומו. ואולם, נמצא שהעברת גנים כזאת מתקיימת גם בין אורגניזמים מפותחים יותר.

סוכן חשאי

הדרך המחקרית להוכיח העברת גנים רוחבית היא מציאת גנים זהים בשני אורגניזמים השייכים למינים ביולוגיים שונים. והדבר אינו כה נדיר, כפי שאפשר לחשוב בתחילה. אבל גוגרטן וגופנא מנסים לפענח מנגנונים המאפשרים העברת גנים רוחבית.

תורשה לאורך הדורות מסבירה היטב מעבר גנים בין יצורים לצאצאיהם, מחיידק המתפצל לשניים ועד פרה הממליטה את עגלתה, ואילו העברת גנים בין יצורים שונים חייבת להיעזר בסוכן, "שליח לדבר עבירה" שיעביר גנים בין מינים שונים.

קפיצת דרך אבולוציונית

החדרת גנים זרים אל תוך המידע הגנטי החיידקי יכולה להתבצע באמצעות כמה אנזימים. אחד מן האנזימים האלה מכונה בשם "אנדונוקליאז מתביית" (homing endonuclease) ותפקידו לחתוך את חומצת הגרעין החיידקית בנקודה ספציפית שבסמוך אליה יפלוש הגן הזר לגנום של החיידק.

האם אורגניזמים אחרים מחליפים גנים במנגנון של העברת גנים רוחבית עם מינים ביולוגיים אחרים לבד מנגיפים וחיידקים? מקובל על המדענים כי מקורם של אברונים תת-תאיים שלמים, כמו המיטוכונדריה, הוא בחיידקים מממלכת הבקטריה שהתמזגו עם חיידקים ממלכת הארכיאה ויצרו את האאוקריוטים הראשונים.

השלכות מעשיות

אנחנו בני האדם, רואים את עצמנו בצמרתו של העץ האבולוציוני, ומתעניינים תמיד בהשלכות המעשיות של המחקר המדעי. האם יש למחקר בתחום העברת גנים רוחבית בין יצורים חד-תאיים יישום כלשהו שיעזור ליצורים מורכבים כמו בני האדם?

גופנא וגוגרטן, כמו כל המדענים העוסקים במחקר טהור, מחייכים למשמע השאלה השגורה הזאת, ותשובתם הראשונה היא שהמניע למחקריהם הוא סקרנות מדעית טהורה ולא בהכרח אפשרויות יישומיות לתוצאותיהם.

עכברים הזוהרים באור ירקרק של מדוזות, או חולדות שאפשר לשלוט בפעולותיהן באמצעות גן רגיש לאור שמקורו באצות הם דוגמאות להעברת גנים מלאכותית.

תוצאות מחקריהם של גוגרטן וגופנא והבנת מנגנוני "ההנדסה הגנטית הטבעית" אכן יכולות לתרום, לדבריהם, למשל בתחום השתלת גנים למטרות רפואיות (Gene Therapy).

הקשר הישראלי

פרופסור גוגרטן, נולד בגרמניה וכעת הוא מתגורר ועובד בארצות הברית. לישראל הגיע במסגרת תכנית פולברייט האמריקנית לחילופי מרצים וסטודנטים.

בתשובה לשאלתי למה בחר לבוא לישראל דווקא, מסביר פרופסור גוגרטן כי חוקרים ישראלים מובילים בתחום המחקר הביואינפורמטי בכלל ובנושאים הקרובים ללבו ולמחקריו שלו בפרט.

עוד הוא אומר שמניסיונו המחקרי מדענים ישראליים מתאפיינים בפתיחות וברצון לשיתוף פעולה מדעי. הסיבות האלה, בשילוב העובדה כי ישראל היא ארץ מעניינת, הביאו אותו לקשר עם ד"ר אורי גופנא.

אורי גופנא הוא בוגר הטכניון בביוטכנולוגיה שסיים את התואר השני והשלישי באוניברסיטת תל-אביב וחזר לאוניברסיטה זו בתום מחקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת דלהאוסי שבנובה סקוטיה.

האם שיתוף הפעולה בין השניים יביא לשכתוב ספרי הלימוד באבולוציה? ימים יגידו.

ד"ר דבורה יעקבי היא חברת הצוות החינוכי של חמד"ע, המרכז לחינוך מדעי בתל אביב, ועורכת מדעית בסיינטיפיק אמריקן ישראל. הכתבה התפרסמה בגיליון יוני-יולי של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.