טכנולוגיית הפלא שעשויה לשנות תכונות עוברים עולה מדרגה

מאז פותחה, הפכה טכנולוגיית ה-CRISPR לשיטת הנדסה גנטית מקובלת במעבדות ברחבי העולם ■ כבר היום חוקרים עובדים על יישומים שעשויים לפתור בעיות קריטיות ברפואה: מהשבחת איברי חזיר להשתלה ומתן פתרון לחולי סרטן, דרך הפיכת חיידקים לרגישים לאנטיביוטיקה שוב

DNA, גנים / איור: Shutterstock
DNA, גנים / איור: Shutterstock

לפני כשלוש שנים בדיוק ציינו במדור זה טכנולוגיה חדשה ומרתקת לעריכה גנטית, שהופכת את ההתערבות בגנטיקה של חיידקים, של צמחים וגם של בני אדם לפשוטה ולמדויקת יותר מתמיד, כאחד המחקרים פורצי הדרך של 2013. כעבור כמה חודשים, ביולי 2014, הקדשנו את המדור כולו לטכנולוגיה הזאת. "בחלומות הפרועים של מפתחי הטכנולוגיה, היא תוכל לרפא מחלות גנטיות, תאפשר להפוך תאים מסוימים בגוף לכאלה המפרישים חומרים החסרים בגוף, לרפא תאים שהדנ"א שלהם ניזוק והפכו סרטניים ואפילו, תיאורטית, לשנות תכונות של עוברים לפני לידתם", כתבנו.

טכנולוגיית ה-CRISPR-CAS, שהחלו לעשות בה שימוש מעבדתי נרחב רק ב-2013, כבר הוכרה כמהפכה בעולם הביולוגיה וברור כי ממציאיה עוד יזכו בפרס נובל. אלפי מאמרים המבוססים על שימוש בטכנולוגיה הזאת יוצאים לאור בכל שנה והיא הובילה להתפרצות מחקר אדירה ומהירה שלא נראתה כמוה בשום תחום עד היום. שנתיים וחצי אחרי הכתבה ההיא, שלושה מהחוקרים הישראלים המובילים בתחום מספרים על ההתקדמות שנעשתה במעבדות שלהם ועל מיטב המחקר היישומי בטכנולוגיית הקריספר בעולם.

"מאז 2013, כשפורסם המאמר פורץ הדרך השני בלבד בנושא, טכנולוגיית הקריספר מיושמת במאות מעבדות ומהנדסים איתה הכול: וירוסים, חיידקים, חרקים, תאים של בעלי חיים ובני אדם, ובסין כבר החל ניסוי ראשון בבני אדם ממש", אומר פרופ' אהוד יצחק קמרון מהפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל אביב.

המחקר בתחום הנדסת בעלי חיים, שהצגנו בזמנו כמדע בדיוני, כבר החל לצאת אל הפועל, בניסוי שמטרתו להפוך אברי חזירים מתאימים יותר להשתלה בבני אדם. "בתאים של חזירים יש 62 מקטעים של דנ"א המעוררים את מערכת החיסון של בני אדם", אומר פרופ' קמרון. "באמצעות טכנולוגיית קריספר, ניתן לעשות מה שקודם לכן לא ניתן היה אפילו לחלום עליו ולהחליף במקביל 62 מקטעים בעובר של חזיר".

עד לביצוע הניסוי הזה, לא עבר מעולם שום יונק עריכה של יותר מעשרה גנים, בטח לא בו-זמנית, ובטח שהוא לא שרד לספר על כך. החוקר האחראי למהלך הזה הוא פרופ' ג'ורג' צ'רץ', גנטיקאי מאוניברסיטת הרווארד, מאבות ההנדסה הגנטית הקלאסית, שהתפרסם בין היתר בכך שטען כי טכנולוגיות הנדסה גנטית יכולות להחזיר לחיים חיות נכחדות וקרובי משפחה קדמונים של משפחת האדם.

קיראו עוד ב"גלובס"


צ'רץ' אמנם טרם ניסה להחיות את האדם הניאנדרטלי, אולם הוא בהחלט הנדס את עובר החזיר הערוך-גנטית, ואף הקים חברה בתחום, בשם eGenesis, שמעוניינת להנגיש את הטכנולוגיה להמונים. "במשך עשור חלמתי לפתח חזיר 'נקי' גנטית שניתן להשתיל", אמר צ'רץ' ב-2015 וטען כי העוברים יוחזרו לרחם וייוולדו מהם חזירונים שיגודלו בתנאים סטריליים. מאז אותו ראיון לא נחשפה עוד החברה, ולא ידוע אם החזירים אכן נולדו וגדלו כמתוכנן.

מה עלול להשתבש? לדברי פרופ' קמרון, טכנולוגיית הקריספר בעצם מאפשרת לחתוך החוצה מקטעים מהדנ"א בכל תא ולהחליפם באחרים (ראו גרפיקה), ו"ברגע החיתוך של הדנ"א מתוך התא, עלולים להשתחרר נתזים שחותכים את הדנ"א גם במקומות לא רצויים. זה עלול לגרום סרטן ומחלות נוספות. זו סכנה שאנחנו מודעים אליה, אולם יכולות להיות גם סכנות אחרות שאיננו מודעים אליהן. בכל זאת, ייתכן שהטכנולוגיה הזאת כבר יכולה להיכנס לניסוי, במקרים שבהם התועלת עולה על הנזק הפוטנציאלי".

כך חשב כנראה גם צוות המחקר בראשות האונקולוג לו יו מאוניברסיטת סיצ'ואן, סין, שהזריק תאים שטופלו בטכנולוגיית קריספר לחולה שלקה בסרטן ריאות אגרסיבי. במקרה הזה, עריכת הגנים מתבצעת מחוץ לגוף האדם. תחילה מפיקים תאי מערכת חיסון מדמו של המטופל, אחר כך מהנדסים אותם כך שיוכלו לזהות תאי סרטן בקלות רבה יותר, ואז מחזירים אותם למערכת הדם של המטופל. עדיין מדובר בסיכון, כי בכל זאת מחזירים תא מהונדס גנטית לגוף החולה, אולם לכל הפחות ניתן לבחון את התאים תחילה ולראות שאכן עברו את מה שתוכנן להם. כבר היום מבוצעות מניפולציות גנטיות בתאי מערכת החיסון בניסויים בבני אדם בארה"ב (תחום ה-CAR-T שמסומן כאחד מתחומי הטיפול המובילים בסרטן בשנים הבאות), אולם שם ההנדסה הגנטית מבוצעת במנגנונים פחות חדשניים מקריספר, פחות מהירים וספציפיים. בשיטות ההנדסה הגנטית הקלאסיות שבהן כבר החלו הניסויים, לא ניתן לשלוט במיקום המדויק שאליו יגיע הגן החדש שמוחדר לדנ"א של התא. היתרון העצום של הקריספר הוא יכולתו לחתוך החוצה גן ממיקום מדויק מאוד בתוך התא ולהחליפו בגן אחר, אם רוצים בכך.

הנבדק בניסוי הסיני כנראה בחר בדרך הזאת בידיעה שאין לו מה להפסיד. למעשה הוא בחר בין מוות בטוח מסרטן ריאות לבין הליך רפואי לא ידוע ולא ברור, המציע לכל הפחות שביב של תקווה להארכת חיים. תוצאות הניסוי צפויות להתפרסם בקרוב.

"עוד לפני הניסוי הנוכחי, נערך בגוואנזו שבסין ניסוי בעוברים אנושיים בני כמה ימים המכילים מספר קטן (חד-ספרתי) של תאים", מספר פרופ' קמרון. "המטרה הייתה להנדס בעוברים שינוי כולל, בכל תאיהם. לא הייתה כוונה להחזיר בשלב זה את העוברים לרחם אמם או לגדל אותם כבני אדם, וממילא הניסוי נכשל. רוב העוברים מתו, וגם באלה שנותרו בחיים אחוזי השינוי היו נמוכים, כלומר רוב העוברים לא עברו את השינוי". ניסיון לפרסם את המחקר בכתבי העת המובילים במערב לא צלח - לא משום שעורכי כתבי העת פקפקו בערכו המדעי, אלא משום שתהו על האתיקה שלו.

ד"ר איל הנדל, שהוכשר בטכנולוגיית הקריספר באוניברסיטת סטנפורד והקים לפני כמה חודשים מרכז העוסק בתחום בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן, מתכנן לבצע ניסוי קליני בבני אדם כבר בשנים הקרובות. המחקר של הנדל וחברי הצוות שלו מתמקד במחלות הנובעות ממוטציה יחידה בגנום ובעיקר במחלת הכשל החיסוני הגנטי שממנה סובלים "ילדי הבועה" (ילדים שצריכים לגדול בתנאים סטריליים כדי למנוע פגיעה בהם). היום אמנם כבר לא מגדלים ילדים בבועה, אלא מבצעים בהם השתלת מח עצם לשחזור מערכת החיסון שלהם, אולם במקרה שמח העצם המושתל לא באמת מתאים למטופל או שהוא מזדהם, הוא עלול למות או להיפגע מאוד.

הפתרון של ד"ר הנדל, שמתאפשר באמצעות טכנולוגיית הקריספר, הוא לקחת את התאים הפגועים ממערכת החיסון של הרך הנולד, להחליף באמצעות מספרי הקריספר את הגן הפגום בחדש, ואז להחזיר את התאים לגוף. "כבר היום קיימת הנדסה גנטית של מח עצם אצל ילדי בועה, אבל הטכנולוגיה אינה מדויקת כמו קריספר", אומר ד"ר הנדל. "הטכנולוגיה הקיימת יצרה תחילה סרטן בחלק מהחולים, אחר כך היא שופרה, אבל כיום היא מתאימה רק לכמה מסוגי המוטציות שגורמות לכשל החיסוני של ילדי הבועה, ולחלקם עדיין אין פתרון מספיק טוב".

כיום ד"ר הנדל משתף פעולה עם פרופ' רז סומך מבית החולים תל השומר, מומחה מוביל בעולם באבחון ובטיפול בילדי בועה. "בבית החולים כבר יודעים להפיק את הדם, לעבד אותו ולהחזיר אותו. אנחנו משתלבים בשיטה קיימת", מסביר ד"ר הנדל מדוע הוא מאמין שהניסוי בבני אדם אינו רחוק. במידה רבה העיניים נשואות כעת ל-FDA, רשות המזון והתרופות האמריקאית. לדברי ד"ר הנדל, שבסטנפורד עבד על טיפול במנגנון דומה במחלת האנמיה החרמשית, לאחרונה הגישה קבוצת מדענים לרשות האמריקאית את ההצעה הראשונה למתווה של ניסוי בקריספר והחוקרים בתחום כולו ממתינים בנשימה עצורה לתגובתה. "ייתכן שהניסוי הזה, שמתוכנן להתבצע בחולי אנמיה חרמשית, יחל בעוד שנה", אומר ד"ר הנדל.

- האם נוכל לפתור מחלות גנטיות נוספות הנגרמות ממוטציה יחידה, כמו הנטינגטון, גושה, דושן או סיסטיק פיברוזיס?

"יש הבדל גדול בין מניפולציית קריספר בתאי דם שאנחנו נוטלים מהחולה לבין מניפולציה בתאים כשהם נמצאים בתוך החולה. כאשר רוצים לתקן תאים בחולה, יש להזריק לו וירוס שמביא את רכיבי מערכת הקריספר לתאים. אולם כיום הווירוסים לא מצליחים להביא מספיק רכיבים לתאים ובתוך התאים לא מתבצעות מספיק החלפות. יש לנו רק הזדמנות אחת לבצע את ההחלפה, כי אחרי כן מערכת החיסון כבר תזהה את הווירוס הנשא שלנו ותתקוף אותו. לכן החלפת גנים בתוך הגוף היא עדיין בגדר מדע חצי בדיוני".

עם זאת, אומר הנדל, הפקת תאים של מערכת חיסון ושינוי שלהם - זו יכולה להיות גישה רלוונטית במגוון מחלות כגון סרטן הדם וכל סרטן שניתן לתקוף באמצעות חיזוק מערכת החיסון, איידס וכן המחלות הגנטיות שקשורות למערכת החיסון.

תחום אחר שבו טכנולוגיית הקריספר עשויה לחולל מהפכה הוא הנדסת חיידקים - מחקר שבו עוסק פרופ' קמרון עצמו. "היום החיידקים עמידים מדי", הוא אומר, "זה לא תרחיש אפוקליפטי מוגזם אלא בעיה אמיתית שמתרחשת ממש עכשיו. אנחנו באמת הולכים לקראת עידן שבו כל קוץ שיחדור לגופנו יגרום לנו מוות. האנטיביוטיקה עצמה היא שהופכת את החיידקים לעמידים, ובאמצעות טכנולוגיית הקריספר אנחנו רוצים להכניס כוח הפוך, שבמקום לייצר עמידות לאנטיביוטיקה יהפוך את החיידק לרגיש יותר אליה. כך נוכל להחזיר לשימוש אנטיביוטיקות ותיקות, שכבר אינן יעילות.

"איך עושים את זה? דמיינו שפריצר 'רסס ונגב' עם חומר שברגע שהוא פוגש חיידק, עורך אותו גנטית מיד, באופן שמנטרל את הגן בחיידק שהופך אותו עמיד לאנטיביוטיקה. אבל זה לא הכול. בזמן שהמערכת הופכת את החיידקים הללו לרגישים לאנטיביוטיקה, היא גם מחסנת אותם מפני וירוסים. כך היא נותנת לחיידקים הרגישים לאנטיביוטיקה יתרון תחרותי. כעת, מגיעים הווירוסים, הורגים את כל החיידקים העמידים ומאפשרים לכל החיידקים הרגישים לאנטיביוטיקה להתרבות".

- אז יש לך עכשיו בבית החולים המון חיידקים מחוסנים מפני וירוסים, רגישים לאנטיביוטיקה, אבל עדיין גורמים למחלות.

"חיידקים תמיד יהיו. אין מה לעשות. על הידיים של כל אחד מאיתנו יש 10 מיליארד חיידקים, טובים ורעים. אז השאלה היא אילו חיידקים יהיו שם. אם אפשר, עדיף שיהיו אלה חיידקים לא מזיקים. אם אי-אפשר, אז עדיף שיהיו רגישים לאנטיביוטיקה, כדי שאם יתפסו את האדם בחולשתו החיסונית, ניתן יהיה לעזור לו".

הקבוצה של פרופ' קמרון פרסמה מחקר שמראה היתכנות לטכנולוגיה וקיבלה מימון למחקר יישומי מהקרן המשותפת של אוניברסיטת תל אביב עם תאגיד הענק ההודי טאטא. בעוד כמה שנים, אומר פרופ' קמרון, ניתן יהיה כבר לנסות את המוצר בבתי חולים.

יתוש מהונדס

"לא רבים יודעים זאת, אך השורשים של טכנולוגיית הקריספר הם בכלל בתעשייה, ולא באקדמיה, בחוקרים שחקרו חיידקים המשמשים להכנת יוגורט", אומר פרופ' רותם סורק ממכון ויצמן, החוקר גם הוא את הפעילות של מערכת הקריספר בחיידקים. "הם רצו לדעת מדוע חלק מהחיידקים שלהם מתים וחלק אינם מתים וגילו כי לחיידקים יש מערכת חיסון. הגילוי הזה שיפר את כל התעשיות שמשתמשים בהן בחיידקים מועילים: הכנת בירה, יין וכדומה".

אחד התחומים שבהם משתמשים בחיידקים כאלו הוא תעשיית הביוטכנולוגיה. תרופות חדשניות רבות שנמצאות בשימוש שוטף ברפואה היום גדלות בתוך חיידקים. "המפעלים הם סטריליים לחלוטין, אך אם בכל זאת החיידקים חוטפים זיהום ויראלי ומתים, עלול להתרחש אסון תעשייתי. מערכת הקריספר יכולה לעזור להגן על החיידקים מפני תרחיש כזה", אומר פרופ' סורק ומזכיר תחום נוסף שנמצא בחזית היישומית של טכנולוגיית הקריספר - הנדסה גנטית של יתושים במטרה למנוע העברת מחלות כגון מלריה לבני אדם. "יש אפשרות לבצע באמצעות קריספר עריכה גנטית של יתוש, באופן שהורס את יכולתו להיות נשא של המחלה", הוא מסביר. "במקביל, מהנדסים אותו כך שיהיה לו יתרון הישרדותי מול יתושים אחרים, ואז משחררים את היתוש הזה לטבע, והוא מתרבה על חשבון היתושים הלא-מהונדסים, נשאי המחלות שמסוכנים לנו. הדילמה האתית נוגעת לשאלה אם אנחנו רוצים להכניס למערכת האקולוגית שלנו חיות מהונדסות כאלה, אם אנחנו לא יודעים בדיוק כיצד הן ישפיעו על המערכת בסופו של דבר. עם זאת, אם לא נעשה זאת, אנשים ימותו ממלריה וממחלות אחרות שהיתושים נושאים עמם, כך שזו בהחלט סוגיה".

האם יש סיכון שמדען יחליט על דעת עצמו להנדס את חיית המחמד שלו, נניח? הרי מרבים להדגיש עד כמה טכנולוגיית הקריספר פשוטה לשימוש.

"ובכן, הטכנולוגיה פשוטה יחסית לקודמותיה, אבל לא עד כדי כך. ממש לא. עדייו מדובר בתהליך של הכשרה, כלומר רק מאסטרנט שהוכשר במיוחד בשיטה זו יכול להשתמש בה. כמו כן, אם מישהו היה רוצה להנדס חיית מחמד הוא היה צריך להביא אותה למעבדה, להתאים עבורה באופן ספציפי את מנגנון הקריספר, ואחר כך להשתמש בציוד מעבדה מתוחכם ויקר. אין סיכוי בעשור הקרוב שמישהו יוכל לעשות זאת באופן לא מפוקח".

טכנולוגיית הקריספר: "בתוך כמה שנים המנגנון שופר"

טכנולוגיות של הנדסה גנטית היו קיימות עוד לפני CRISPR והן אפילו יושמו באופן ראשוני בבני אדם, אבל לטכנולוגיה הנוכחית יש יתרון משמעותי: היא הדירה יותר, כלומר משימוש לשימוש מקבלים פחות או יותר אותן תוצאות, וקל מאוד ללמוד כיצד להשתמש בה ולהשיג תוצאות טובות. כך, כמעט בכל מעבדה ניתן להתחיל לערוך גנים, ולמעשה במעבדות רבות בעולם, באקדמיה וגם בתעשייה, כבר התחילו לערוך גנים בשיטה הזאת.

לדברי פרופ' רותם סורק, בשנים האחרונות נעשו מחקרים שהראו כי המערכת אינה מדויקת במאת האחוזים, אבל אז שופר המנגנון וכעת המערכת מדויקת הרבה יותר. "העובדה שבתוך כמה שנים בוצע שיפור מכוון כזה במנגנון, פירושו שאנחנו מבינים אותו ממש טוב", הוא אומר.

כך עובדת טכנולוגיית
 כך עובדת טכנולוגיית