טרנזיסטור הדנ"א: לרצף בזול וביעילות
גישה חדשה לקביעת רצף הדנ"א עשויה לחולל מהפכה בהבנת הגנטיקה. בראש ובראשונה, משום שהיא תהפוך את המחקר הגנומי לזול בהרבה
בעשר השנים שחלפו מאז קבעו חוקרים לראשונה את רצף הגנים של האדם, הניסיונות לאתר קשר חד-משמעי בין הגנים לבין מחלות ספציפיות עדיין מדשדשים.
חוקרים רבים סוברים עתה שהתקדמות אמיתית בגֶנומיקה תצמח לא ממתאמים פשוטים בין שני משתנים, אלא מהבנה סטטיסטית עשירה העולה מתוך רצפים של מיליוני גֶנוֹמים, הבנה החושפת את האופן שבו כפי הנראה מתקיימים יחסי הגומלין בין הקוד הגנטי שלנו לבין הסביבה, העושים אותנו למי שאנחנו.
כדי להשיג זאת יש צורך במתקן זול לקביעת רצף של גנום, מכשיר שיכול לעשות את המלאכה בפחות מ-1,000 דולר. כרגע, קביעת רצף של גנום אחד עולה בין 5,000 ל-15,000 דולר - שיפור ניכר בהשוואה לעלות המקורית של 2.7 מיליארד דולר, אבל עדיין הרבה יותר מעלות היעד.
כמו מדיח כלים
חוקרים ב-IBM ובמכון רוש מנסים להגיע ליעד על ידי הכנסת שינויים קיצוניים בתכנון המכונות לקביעת הרצף. לעומת מכונות הפועלות היום, שגודלן כגודל מדיח כלים והן זקוקות למגיבים כימיים יקרים כדי לנתח גנים שנחתכו לאלפי קטעים זעירים, המתקן המכונה טרנזיסטור-דנ"א נוקט גישה כמעט נאיבית בפשטותה.
במתקן הזה, משחילים מולקולת דנ"א שלמה דרך נקב ברוחב שלושה ננומטר במרכזו של שבב סיליקון. בעת שמולקולת הדנ"א מתקדמת דרך הנקב הזעיר, חיישן חשמלי קורא אותה בקצב של יחידה מולקולרית אחת, או בסיס, בכל פעם.
במעבדות אחרות בדקו גישות דומות לקביעת רצף המבוססות על נקבי-ננו אבל נתקלו בקשיים בניסיון לשלוט במהירות המעבר של הדנ"א דרך הנקב. הצוות ב-IBM מצא שיטה המנצלת את המטען השלילי הטבעי של הדנ"א.
"חשבנו שאם המכשיר יכיל אלקטרודות בנקב עצמו - שכבות דקות של מתכת מופרדות זו מזו בחומר בידוד - תיווצר תגובה הדדית בין השדה החשמלי שיתקבל לבין הדנ"א", אומר גוסטבו א' סטולוביצקי, מדען חוקר המשתתף בפרויקט.
המצאה מחשמלת
השדה החשמלי לוכד את הדנ"א הטעון במטען שלילי ומחזיק אותו במקומו. כשהשדה החשמלי נעלם, נעלמת גם המשיכה בין שכבות המתכת לבין הדנ"א, והגדיל ממשיך לנוע דרך הנקב, עד שמגיע הבסיס הבא בתור. השדה החשמלי שב ומופיע והתהליך חוזר על עצמו לאורך כל הגדיל.
השיטה הייחודית הזאת אינה מבטיחה קליעה מדויקת. הנקב חייב ליצור שדה חשמלי חזק כדי להחזיק את גדיל הדנ"א במקומו. אבל המתח הגבוה הדרוש כדי לחולל שדה כזה יכול לגרום לתופעה הקרויה קריסה דיאלקטרית, הגורמת לניצוצות ולקצר, דבר הצפוי במיוחד כשהמרחקים קצרים כל כך. "זה כמו להיות מתחת לענן התלוי קרוב מאוד לאדמה - הרבה יותר קל לחטוף מכת ברק", אומר סטולוביצקי.
על אף הקשיים האלה, מומחי תעשייה סבורים שטרנזיסטור-דנ"א יכול להיות אמצעי מהיר, יעיל וזול לקביעת רצף של גנומים שלמים. "המתקן מצמצם את מספר הצעדים הנדרשים, הוא ממש מסתכל בדנ"א, פשוטו כמשמעו", אומר ברוס שאמברג, יועץ המעריך את הפוטנציאל המסחרי של חידושים ביוטכנולוגיים. "אין עלות של מגיבים כימיים או מכשירים אופטיים הדרושים לקריאת סמנים פלואורסצנטיים. העבודה נעשית מהר יותר".
זול ויעיל
טרנזיסטור הדנ"א מתקדם לקראת קביעת רצף של גנום שלם בתוך כמה שנים בעלות נמוכה מ-1,000 דולר. סטולוביצקי סבור שהמתקן יעזור לקהילה המדעית למצוא בקלות רבה יותר קשרים בין גנים, נקודות תורפה בריאותיות וטיפולים תרופתיים מוצלחים.
בסיוע הערכה סטטיסטית משופרת של הקשרים בין גנים למחלות, יוכלו חברות התרופות לכוון את מהלכי הפיתוח שלהן באופן טוב יותר, משום שהן ידעו מראש באילו אזורים בגנום צריך למקד את התרופות החדשות.
כדוגמה הוא מביא את אחד מסיפורי ההצלחה הראשונים, הֶרצֶפּטין, תרופה לטיפול בסרטן השד העוצרת התפתחות גידול סרטני אצל חולות הסובלות מהתבטאות-יתר של גן ששמו HER2. "יש רק קומץ דוגמאות כאלה", אומר סטולוביצקי. "היינו רוצים שהדבר יהיה שכיח לגמרי".
הכתבה התפרסמה בגיליון אפריל-מאי של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.
לפנייה לכתב/ת 
