ילוסטון – הקשר לווירוס הקורונה

האם ידעתם שיש קשר בין שמורת הטבע הלאומית ילוסטון (Yellowstone National Park) לבין בדיקות לזיהוי וירוס הקורונה? אחת התגליות המדעיות החשובות ביותר שהתגלו אי פעם, שיש לה קשר לשמורה זו, מאפשרת שכפול (או הגברה) של חומר גנטי (DNA) ביעילות ובמהירות (בשיטת ה-PCR). הודות לפיתוח זה ניתן לזהות נוכחות של וירוסים בדגימות שנלקחו למשל מבני אדם (אי אפשר לזהות וירוס בודד בלי לשכפל/להגביר באופן משמעותי את הגן שלו ולכן השכפול חיוני). למען האמת במקרה של וירוס הקורונה (וגם במקרה של שפעת, איידס ואבולה) זה קצת יותר מסובך, שכן זהו וירוס RNA (אין לו DNA) ולכן צריך קודם לכן לעשות תהליך מקדים של שעתוק ה-RNA של וירוס זה ל-DNA, שאותו ניתן לשכפל. מי שרוצה להתעמק ולקרוא עוד – מוזמן לעיין בטקסט להלן שמתאר את הקשר בין שמורת ילוסטון לפיתוח של שיטת ה-PCR. הטקסט לקוח מהספר זום אין כרך 5 המתמקד בשמורה מופלאה זו.


מעטים מהמטיילים בילוסטון מודעים לחשיבותה המדעית העצומה. כמות מוקדי הפעילות ההידרותרמית בשמורה גדולה מזו שעל פני כל שאר היבשות יחדיו, והיא מהווה צוהר לחקר תהליכים גיאולוגיים. ואם לא די בכך, הרי שבמי המעיינות החמים משגשג עולם חי הכולל חיידקים, ארכיאונים ואצות, המסוגלים לשרוד בטמפרטורות כה גבוהות שקשה להאמין שחיים יכולים להתקיים בהם. המחקר על אודות יצורים אלה ועל יכולתם לשרוד בתנאים כה קיצוניים, תרם להצלחתם של הפיתוחים המדעיים החשובים ביותר של סוף המאה ה-20, שבלעדיהם לא היו חקר הגנים, הטיפול במחלת הסרטן, ייצור תרופות וכדומה, מגיעים לאן שהגיעו.

כבר לפני 100 שנה משכו הגייזרים ושאר המעיינות החמים של ילוסטון סקרנים רבים, שבאו להתפעל מן הפעילות הרוחשת מתחת לאדמה ומעליה. אבל לא רק סקרנים נהרו לשמורה, מדענים מתחומים רבים הגיעו לכאן כדי לחקור את סיבת היווצרותם של המעיינות, וכדי ללמוד על עולם החי והצומח המצליח לשרוד במימיהם, בתנאים זהים לאלו ששררו בכדור הארץ לפני כארבעה מילארד שנה, כאשר לא היה אלא עיסה לוהטת של בוץ וגופרית. לאחד החוקרים, ביולוג בשם ד"ר תומס ברוק (Dr Thomas Brock), שיחק המזל. הוא הצליח לבודד ממי המעיינות חיידק המכיל אנזים (חלבון אשר מזרז תהליכים שונים בתא החי) ייחודי, אשר יכול לשכפל חומר גנטי בטמפרטורות גבוהות ובמהירות רבה. גילוי החיידק שינה את ההיסטוריה של המחקר הביולוגי והשפיע באופן משמעותי על חיי כל אחד ואחת מאתנו.

ד"ר ברוק הגיע לילוסטון באמצע שנות ה-60. מטרתו הייתה לחקור חיידקים המצליחים לשרוד במעיינות, וללמוד על המנגנונים המאפשרים להם להתקיים. עד אז סברו הביולוגים שחיים אינם יכולים להתקיים בטמפרטורות גבוהות, אבל ככל שהרבה ד"ר ברוק לחפש כך מצא עוד ועוד עדויות לקיומם של חיים במעיינות, גם באזורים שהטמפרטורה בהם הייתה קרובה ל-100 מעלות צלזיוס. ה'פרס' שלו על עבודתו היה חיידק בשם Thermus aquaticus, שאותו בודד ממי המעיינות. חיידק זה, שקיבל את הכינוי Taq , חי בטמפרטורות של כ-70 מעלות צלזיוס, וכמו בגופם של שאר היצורים החיים על פני כדור הארץ, גם בתאיו מצוי אנזים, הנקרא דנ"א פולימרז (DNA Polymerase), שתפקידו לשכפל את החומר הגנטי, הדנ"א (DNA), ולאפשר לו להתרבות. אולם, בעוד שאצל רוב היצורים אנזים זה אינו מסוגל לתפקד בטמפרטורות גבוהות, הדנ"א פולימרז של ה-Taq פעיל גם בטמפרטורות הקרובות לרתיחה, תגלית שלימים התגלתה כבעלת חשיבות מדעית עצומה.

בשנות ה-80 של המאה ה-20 , כעשרים שנה לאחר תגליתו של ד"ר ברוק, החל האנזים לשמש לייצור מסחרי של דנ"א הלכה למעשה עם המצאת שיטת ה-PCR (ראשי תיבות של Polymerase Chain Reaction). מטרת שיטה זו היא לעשות בתוך מבחנות במעבדה את מה שיצורים חיים עושים למעשה כל הזמן – לשכפל דנ"א. הדנ"א הוא אבן היסוד של החיים על פני כדור הארץ, ובתוכו מצוי כל הידע לבנייתו של עולם החי והצומח. מכיוון שזוגות של מולקולות דנ"א נוטות ליצור ביניהן קשרים כימיים, יש להפריד בין שתי מולקולות אלה בשלב הראשון של תהליך ה-PCR. לצורך ההפרדה מחוממות המבחנות לטמפרטורה של מעל 90 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה שבה ניתקים הקשרים הכימיים שבין שתי המולקולות, והן נפרדות. בשלב השני מקררים את המבחנות כדי לאפשר היקשרות כימית בין מולקולת הדנ"א לפריימר (Primer) שהוא מקטע קצר של דנ"א בעל רצף ייחודי המיוצר בצורה סינטטית במעבדה. הפריימר מסוגל להיקשר בדיוק לקבוצת קטעים בדנ"א שאותם רוצים לשכפל.

בשלב השלישי והאחרון של התהליך מעלים את הטמפרטורה לכ-70 מעלות, הטמפרטורה האידאלית לפעילות של ה-Taq פולימרז, המבצע את שכפול הדנ"א הלכה למעשה. בסיום מספר מחזורים של התהליך נוצרות מכמה מולקולות דנ"א בודדות מספר עצום של מולקולות של חומר גנטי חדש. הדבר נובע מכך שבכל מחזור גדלים באופן אקספוננציאלי מספר סלילי הדנ"א שעליהם מתבצע השכפול. כלומר, אם במחזור הראשון היה בידינו רק עותק אחד של הדנ"א המקורי, במחזור השני יהיו לנו שניים, בשלישי יהיו ארבעה עותקים, ובמחזור הרביעי שמונה וכן הלאה. ומכיוון שכל מחזור אורך פחות משתי דקות, ניתן באמצעות שיטה זו לשכפל תוך כשעה כמיליארד עותקים של דנ"א.

כאשר פותחה שיטת ה- PCR האנזים ששכפל את הדנ"א במבחנות לא הגיע מחיידקים 'אוהבי חום' (תרמופילים) כדוגמת ה- Taq, ועל כן פעילותו נהרסה בקטע החם של התהליך, ובכל מחזור היה צריך להוסיפו באופן ידני. עמידותו של האנזים דנ"א פולימרז של ה-Taq בטמפרטורות גבוהות פתרה עבור המדענים את הבעיה, ואפשרה ייצור אוטומטי, מהיר, איכותי ומסחרי של חומר גנטי בכמות גדולה תוך פרק זמן קצר ביותר. הודות לכך ניתן היום לענות על הרבה שאלות מדעיות בסיסיות, לדוגמה: האם העובר בבטנה של אישה הרה סובל מפגם גנטי? האם דגימת דם שנלקחה מחולה כוללת חומר גנטי של נגיפים שונים? האם ממצאים מזירת פשע שייכים לחשוד בביצוע המעשה?

כיום אין כמעט מעבדה שלא מנצלת את שיטת ה-PCR, החל ממעבדות החוקרות את תפקודי המוח וכלה במעבדות העוסקות בחקר אלמוגים. בשנת 1993 זכה ממציא שיטת ה-PCR, ד"ר קרי מוליס (Kary Mullis), בפרס נובל בכימיה על פיתוח שיטה מהפכנית זו, ולא יהיה זה מוגזם לומר שאפשר לחלק את ההיסטוריה של המחקר הביולוגי לשניים – העידן שלפני המצאת ה-PCR והעידן שאחריו, וזאת במידה רבה בזכות Thermus aquaticus, החיידק שמצא ד"ר ברוק לפני יותר מ-40 שנה במי המעיינות החמים של ילוסטון.

אין ספק שנבחרי העם האמריקני שהחליטו לפני דורות רבים, בצעד חסר תקדים באותה תקופה, להפוך את אדמת ילוסטון לרכוש ציבורי שיש לשמרו למען הכלל, לא שיערו עד כמה ישנה מהלך זה את פני ההיסטוריה. תרומתם לא הייתה רק בכך שיצרו פתח והכשירו את המודעות הציבורית להכרזתן של עוד מאות שמורות טבע ברחבי העולם כולו, אלא גם בהשלכותיה מרחיקות הלכת של החלטתם, שבזכותה יכולים כיום נכדיהם וניניהם ליהנות משירותי בריאות טובים יותר, ממערכת משפטית טובה יותר, ואפילו מתוצרת חקלאית משובחת יותר.

וכפי שאמר ד"ר ברוק "אפילו אזורים פעילים געשית, כמו איסלנד, יפן וניו זילנד, חסרים את העושר שיש בילוסטון". את התגליות שעוד עתידות להתגלות בילוסטון ניתן רק לדמיין. חיידקים מילוסטון הידועים בעמידותם בתנאי מחייה קיצוניים, נשלחו בעבר לחלל במטרה לבדוק את השפעת קרינת השמש (ללא סינון על ידי האטמוספרה) על שרידותם, ובסוכנות החלל האמריקנית, נאס"א, נערכים מחקרים שמטרתם לבדוק כיצד נראה ספקטרום החזר הקרינה של מרבדי החיידקים והאצות החיים במעיינות ילוסטון במטרה להשוותם עם ספקטרומים המוחזרים ממאדים. ילוסטון היא ללא ספק משאב שקרוב לוודאי עוד יספק לאנושות לא מעט תגליות חשובות.

על הקשר בין ילוסטון לווירוס הקורונהגייזר האולד פיית'פול בשמורת ילוסטון

מקור הצבעים במעיינות החמים של ילוסטון הוא בחיידקים החיים במים הלוהטים. במעיינות אלה התגלה ה-Taq – ולאחר גילויו השתנה למעשה עולם המדע לעד

 

עקבו אחרי האינסטגרם שלי
0