חופש הביטוי

במשך 13 שנות פעילותם הפיקו חוקרי הפרוטאומיקה במכון יותר מ-1,000 חלבונים, ופיענחו את המבנים של כ-180 חלבונים.

לכל חלבון תפקיד ייחודי הנחוץ לפעילות גוף תקינה. משום כך, היכרות אינטימית עם החלבון הנחקר חיונית להצלחתו של מחקר מדעי, ולהבנת מחלות הנגרמות עקב תיפקוד לקוי של חלבונים מסוימים. אך מהו תפקידו של כל חלבון? האם חלבון מסוים נקשר לחלבונים אחרים? וכיצד משפיע המבנה על תכונותיו?

אלה כמה מהשאלות איתן מתמודדים מדעני מרכז דנה ויוסי הולנדר לפרוטאומיקה מבנית במכון ויצמן למדע. המרכז פועל בשיתוף פעולה הדוק עם קבוצות מחקר במכון, עם מוסדות אקדמיים אחרים, עם מספר מרכזים רפואיים, וכן עם חברות מסחריות בארץ ובעולם. מטרתו היא להנדס, לייצר ולספק חלבונים נקיים, ולפענח את המבנים התלת-ממדיים שלהם באמצעות פיזור של קרני X. מדעני המרכז נמצאים בחוד החנית העולמית בתחומים אלה, ועל כן הם מייעצים לגורמים שהם עובדים איתם בכל שלבי המחקר, החל משיבוט גן החלבון ועד להבנת המבנה המרחבי שלו והקשר לפעילותו.

המניפולטורים

חקר החלבון מתחיל במניפולציות, כלומר בשינויים בדי-אן-אי. מדעני הסגל, ד"ר תמר אונגר וד"ר יואב פלג, פיתחו גישות חדשניות לשיבוט יעיל ומהיר של גנים, וכן לביצוע שינויים בדי-אן-אי, המשמשות כיום מדענים בעולם כולו. "אני רואה את עצמי ככירורגית מולקולרית", אומרת ד"ר אונגר. "אני יכולה לקחת כל חתיכה של די-אן-אי, לשבט אותה או לשנות אותה״. בזכות החידושים שהנהיגו ד"ר אונגר וד"ר פלג, כיום אפשר ליישם את הטכנולוגיות שפותחו במקור עבור גן אחד ליישומים מולקולריים שונים. "היישומים שפיתחנו הוזילו את ביצוע השינויים בדי-אן-אי באופן ניכר", אומר ד"ר פלג, "וכעת הם נגישים עבור מעבדות שבהן אין ציוד יקר ומתקדם".

לאחר שבוצעו השינויים, יש לייצר כמויות גדולות של החלבון עבור המשך המחקר. ד"ר אונגר וד"ר פלג, וחברי הצוות שלהם – עדה דנטס, נטע סגל גלבוע ומיטל יונה – הם מומחים לביטוי חלבונים בחיידקים, בשמרים וכן בתאי חרק ואדם.

המבודדת

התא מייצר את החלבון הנחקר יחד עם אלפי חלבונים נוספים. לכן, בידוד החלבון וטיהורו דומים לפעמים למציאת מחט בערימת שחת. זאת ההתמחות של מדענית הסגל ד"ר שירה אלבק. היא וטכנאי המעבדה יוסי יעקובוביץ מטהרים את החלבון הדרוש בהסתמך על תכונותיו הביוכימיות והביופיסיקליות, או באמצעות שיטות הבודקות את זיקתו למולקולות אחרות. בסוף התהליך הם מקפידים לקבל חלבון שהוא לא רק טהור, אלא גם יציב ופעיל. הטיהור חייב להתנהל במהירות ובעדינות, כדי לא לפגוע במבנה התלת-ממדי הטבעי של החלבון. בכל שלב, החלבון צריך להיות "מרוצה" מהתנאים בהם הוא נמצא, אחרת הוא יחדל מפעילותו שהיא, למעשה, לב המחקר. ״איפיון וייצוב החלבון הם ׳שם המשחק׳ במחקר של חלבונים״, מסבירה ד"ר אלבק.

המפענחת

מדענית הסגל ד"ר אורלי דים כבר רגילה לשמוע שצועקים את שמה ברחבי המרכז לפרוטאומיקה. "ככה אני יודעת שיש לנו גביש", היא אומרת. קבלת גביש מחלבון טהור הנמצא במצב נוזלי הוא תהליך מאתגר במיוחד, אשר נמשך לעיתים חודשים רבים, שכן מדובר בניסוי וטעייה. ד"ר דים, בעזרתה של טכנאית המעבדה שלי רוגוטנר, מוסיפה לתמיסה כימיקלים שונים ״המבריחים״ את המים, וגורמים לכך שמולקולות החלבון מסתדרות האחת ליד השנייה כמו חיילים במסדר. את הגביש מפציצים בקרני X במטרה לפענח את מבנהו התלת-ממדי של החלבון. חשיבותו של פענוח זה נעוצה בכך, ששיבושים במבנה החלבון עשויים לשפוך אור על תיפקודו הלקוי, ולהסביר כיצד הוא מעורב במחלות מסוימות.

המחקרים

למעלה מ-100 חלבונים נחקרים במרכז מדי שנה בשנה. כך, למשל, סייעו מדעני המרכז לד"ר שראל פליישמן, מהמחלקה למדעיים ביומולקולריים במכון, לפתח נוגדנים יציבים וממוקדים לשימושים רפואיים ולקישור לחלבונים. בפרויקט אחר, בראשות פרופ' אד באייר מאותה מחלקה, ביצעו מדעני המרכז שינויים במרכיבים שונים של הצֶבֶר המולקולרי הקרוי "צלולוזום", על מנת לעזור לפענח כיצד משפיע ארגון כל מרכיב על פירוק הביומאסה שהוא מבצע.

באחרונה אף הצליחו מדעני המרכז, בשיתוף עם פרופ' ציפורה שקד מהמחלקה לביולוגיה מבנית וד"ר אורן צמחוני מהמרכז הרפואי קפלן, להבין את המנגנון שבמסגרתו מופעל אחד האנזימים העיקריים המייצרים את חומצות השומן בדופן חיידק השחפת. חומצות שומן אלו מגינות על החיידק, ומאפשרות לו לחמוק מטיפול תרופתי. ממצאים אלה עשויים להוביל לפיתוח תרופה שתחדור את דופן החיידק ותחסל אותו.