לאחרונה דווח כי מחסור בריאגנטים מגביל את כמות הבדיקות לקורונה. מהם אותם ריאגנטים, ומה חשיבותם?

ריאגנט הוא שם כולל לחומרים או לתערובות של חומרים המשמשים ליצירת תגובה כימית או ביוכימית. השימוש במילה תלוי בהקשר, אך במקרים רבים מדובר בחומרים המיועדים לשימוש במעבדות או בתהליכי ייצור מסחריים. ריאגנטים משמשים בין השאר לייצור תרופות, לזיהוי חומרים כימיים או ביולוגיים ולהפרדה בין חומרים. בהקשר הביולוגי, ריאגנטים עשויים להכיל גם נוגדנים, אנזימים או חומצות גרעין כמו DNA. במקרים רבים תמיסות הריאגנטים כוללות גם בּוּפֶרִים (Buffers), שהם תמיסות השומרות על תנאי הסביבה הקבועים הדרושים לביצוע תהליך מסוים – למשל חומציות.

קיימות כיום שתי שיטות לאבחון מחלת הקורונה (COVID-19). אחת בודקת  נוכחות של הנגיף בגוף (בדיקה מולקולרית) והאחרת מבוססת על נוכחות נוגדנים שהגוף מייצר לאחר החשיפה לנגיף (בדיקה סרולוגית). מדענים רבים מנסים לפתח שיטות בדיקה נוספות, או לשכלל את השיטות הקיימות, אך אלה תהליכים שלוקחים זמן רב. 

מכיוון שעובר זמן מההידבקות בנגיף עד שהגוף מייצר נוגדנים, ואנו מעוניינים לקבל תוצאות בשלב מוקדם ככל האפשר של ההדבקה, האבחון כיום מבוסס בעיקר על בדיקה מולקולרית לנוכחות החומר הגנטי של נגיפי SARS-CoV-2 בדגימה שלוקחים מדרכי הנשימה. 

הבדיקה מורכבת מכמה שלבים, ולכל אחד מהם דרושים ריאגנטים אחרים.

ערכה לבדיקת קורונה של המרכז האמריקאי לבקרת מחלות (CDC), המכיל מגוון ריאגנטים. מקור: CDC, נחלת הכלל
ערכה לבדיקת קורונה של המרכז האמריקאי לבקרת מחלות (CDC), המכיל מגוון ריאגנטים. מקור: CDC, נחלת הכלל

העברה: מהנבדק למעבדה

השלב הראשון בתהליך הבדיקה הוא נטילת דגימה מרירית פנים האף, בשני הנחיריים, ומהלוע של הנבדק. עושים זאת בעזרת מטוש שהוא מעין מקל ארוך שבקצהו פוליאסטר דמוי צמר גפן, או חומר דומה, שהנגיף נספח אליו. את המטוש עם הדגימה מכניסים למבחנה המכילה נוזל העברה, שאליו עוברים הנגיפים מהמטוש. כדי לתמוך בנגיפים לאורך זמן על הנוזל להיות סטרילי, בעל חומציות ורמת מלחים יציבות המתאימות לנגיפים, וכן עליו להכיל חומרי שימור וחומרים אנטיביוטיים נגד חיידקים ופטריות. "אסור שנוזל ההעברה יפריע לתהליכי בדיקת הדגימה או יפגע בנגיפים. לצורך אישורם אנו מוודאים שכל הסוגים של נוזלי ההעברה שאנחנו מקבלים מתאימים להיות מעבירים של נגיפים, ויעילים במערכות שלנו", מסבירה ד"ר אורנה מור, מנהלת המעבדה לווירולוגיה קלינית והמרכז הארצי ל-HIV ולנגיפי דלקת הכבד של משרד הבריאות, בבית החולים שיבא. "המטושים ונוזלי ההעברה הם גורמים המגבילים את מספר הבדיקות שניתן לבצע, מכיוון שבשלב מסוים היה מחסור שלהם. נכון להיום אין לנו מחסור משמעותי בהם".

ד"ר אורנה מור | צילום באדיבותה
מחסור עולמי בריאגנטים מגביל את קצב הבדיקות. ד"ר אורנה מור | צילום באדיבותה

מיצוי: להישאר עם החומר הגנטי

בשלב השני דגימות מגיעות בקירור למעבדה, שם מוסיפים ריאגנט שהורס את הפעילות המידבקת של הנגיף (viral inactivation) כדי שלא לחשוף את עובדי המעבדה לסכנת הידבקות. זה נעשה למשל באמצעות חומרים שהורסים את המעטפת החלבונית של הנגיף, בלי לפגוע בחומר הגנטי שלו, הדרוש להמשך הבדיקה. יש גם נוזלי העברה המשביתים את הנגיף עוד לפני הגעתו למעבדה, אך הם עדיין לא נכנסו לשימוש בישראל. 

בשלב השלישי ממצים מנוזל ההעברה את החומר הגנטי של הנגיף, שבמקרה של SARS-CoV-2 הוא RNA. בשלב המיצוי  (extraction) מוסיפים חומרים שהורסים את המעטפת השומנית של הנגיף, מוספים חומרים הקושרים את מולקולות ה-RNA, למשל לחלקיקים מגנטיים, ושוטפים את כל שאר המרכיבים בנוזל, שעלולים לפגוע בשלבים הבאים של הבדיקה. בניגוד ל-DNA, שהוא מולקולה יציבה מאוד, RNA מתפרק בקלות יחסית, והריאגנטים בשלב המיצוי חייבים לשמור על שלמותו, וכן למנוע מאנזימים בדגימה לפרק אותו, בעיקר אנזימי ריבונוקלאז (Ribonuclease,  או בקיצור RNAse), שתפקידם - כפי שאפשר להבין משמם - הוא לפרק RNA. אלו אנזימים עמידים מאוד ופעילים, הנמצאים בכל האורגניזמים ואף בסביבה - על בני אדם, אבק, כלי מעבדה ובתוך כימיקלים. עיכוב אנזימי הריבונוקלאז יכול להתבצע למשל בעזרת כימיקלים שהורסים את המבנה שלהם בתהליך שנקרא דנטורציה, חומרים המשנים קשרים כימיים של מרכיבי האנזימים, או בעזרת חלבונים הנקשרים אל האתר הפעיל של הריבונוקלאז ובכך מונעים ממנו לפרק RNA.

"מיצוי חומצות הגרעין צריך להיות יעיל, וחשוב גם שלא יהיו בתמיסה הסופית מרכיבים שיפגעו בפעילות האנזימים החיוניים לבדיקת ה-PCR  בהמשך התהליך", מציינת מור. "מכיוון שבכל העולם עושים כעת בדיקות כאלה, נוצר מחסור זמני בריאגנטים הקשורים למיצוי והוא מגביל את קצב הבדיקות".  

 מכשיר לבדיקת PCR | צילום: Oleksii Fedorenko, Shutterstock
האנזימים משכפלים מיליארדי עותקים של הגנים המבוקשים. מכשיר לבדיקת PCR | צילום: Oleksii Fedorenko, Shutterstock 

בדיקה סופית: לראות את האור

השלב הבא הוא בדיקת החומר הגנטי של הנגיף במכשיר RT-PCR בזמן אמת. בדיקת PCR (קיצור של Polymerase Chain Reaction) מבוססת על יצירת עותקים רבים של מקטע DNA שאנו יודעים את הרצף שלו. מכיוון שהחומר הגנטי של הנגיף הוא RNA, ממירים אותו ל-DNA בתהליך שנקרא שעתוק לאחור (Reverse transcription). ל-DNA שנוצר מוסיפים מקטעים קצרים של DNA הנקשרים לקצוות של גנים מסוימים, במקרה זה – גנים  ייחודיים לנגיף SARS-CoV-2. אנזימים מתאימים משכפלים את מקטעי ה-DNA של הגנים הייחודיים. אם הדגימה הכילה מספר קטן של נגיפי SARS-CoV-2, בתהליך השכפול יווצרו מיליארדי עותקים של אותם מקטעי DNA ייחודיים שבחרנו. 

את המולקולות שמהן האנזימים בבדיקה יוצרים את רצף ה-DNA מסמנים בסמן פלואורסצנטי, חומר שזוהר בצבע מסוים כשמאירים עליו. לפי עוצמת האור של ה-DNA ששוכפל במכשיר אפשר להעריך את ריכוז הגנים האלה, ומכיוון שאנו יודעים כמה מחזורי הכפלה בוצעו בבדיקה, אפשר לחשב את הכמות ההתחלתית של החומר הגנטי, כלומר לדעת איזו כמות של נגיפים הייתה בדגימה שנטלנו. 

הריאגנטים המשמשים בבדיקת ה-PCR כוללים אנזימים; נוקלאוטידים, המרכיבים את חומצות הגרעין (DNA ו-RNA); וכן מקטעים של חומצות גרעין. כל מקטע ממלא תפקיד ייעודי: חלקם נקשרים לקצה ה-RNA ומאפשרים לאנזים מסוים ליצור ממנו עותק DNA, אחרים, שנקראים תחלים (Primers) נקשרים לקצוות מקטעי ה-DNA ומאפשרים לאנזים אחר לייצר על כל גדיל DNA את הגדיל המשלים אותו לקבלת סליל כפול, וישנם מקטעים הנקראים גלאים (Probes) המכילים חומר פלואורסצנטי ופולטים אור. התחלים והגלאים המשמשים בבדיקה הם ספציפיים לגנים מסוימים של נגיף SARS-CoV-2, וכדי לייצר אותם עלינו להכיר את רצף ה-RNA של הנגיף. יש כמה גנים כאלה שמקובל לבדוק, והדבר מאפשר גמישות מסוימת בתהליך הבדיקה. 

בימים כתיקונם מעבדות מחקר אינן צריכות לייצר בעצמן את הריאגנטים לבדיקה. חברות מסחריות מוכרות ערכות לביצוע חלקים שונים של הבדיקה. החלק הראשון הכולל את המטושים, המבחנות ונוזל ההעברה, החלק השני מכיל את הריאגנטים הקשורים למיצוי והחלק השלישי את החומרים הקשורים לזיהוי הנגיף. "לא כל הערכות המיובאות המשמשות לזיהוי הנגיף עברו בהצלחה תיקוף ובדיקה שהן אכן מתאימות לזיהוי הנגיף במעבדה קלינית", מדגישה מור. "לכן ייתכן בעתיד מחסור גם במשאב הזה". בכל מקרה, כשבעולם כולו יש לפתע צורך דחוף בכמויות עצומות של הריאגנטים לבדיקות, ייתכן שיהיה צורך בייצור מקומי של הריאגנטים לשלושת שלבי הבדיקה, ודאי אם מתכוונים להרחיב בשיעור ניכר את היקף הבדיקות לאוכלוסייה. 

 

11 תגובות

  • חן

    יש לי 2 שאלות

    כתבה מאוד מעניינת, תודה על ההסבר.
    1. מה הסיבה שמשכפלים את מקטעי הdna של הגנים? האם זה כדי שתיווצר כמות משמעותית של אור כך שנוכל להבחין בו? או שיש סיבה סיבה אחרת?
    2. למה אנחנו צריכים להעריך את ריכוז הגנים הייחודים האלה (בסעיף שכתבת על חלוקה)? לא מספיק לראות שיש כמות גדולה מ0 כדי לקבוע שהנגיף נמצא בגוף?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןיובל רוזנברג

    שני הדברים משפרים את הבדיקה

    1. הסיגנל (כמות האור) מהדוגמה המקורית הוא מאוד מאוד קטן, ובדרך כלל קשה לגלותו והוא קטן משמעותית מרעשי רקע שישנם בבדיקה. כאשר משכפלים את ה-DNA עוד ועוד פעמים, הסיגנל נעשה חזק וברור הרבה הרבה יותר, עד אשר קל לגלותו והוודאות שלא מדובר בשגיאת מדידה הנובעת מרעש רקע גוברת. 2. יש לכך מספר סיבות. חלקן טכניות, כמו העובדה שהמערכות האוטומטיות פועלות בדרך הזו, והיא לא מסובכת יותר מאשר הדרך החלופית. סיבות אחרות קשורות לשיפור מהיימנות הבדיקה: אפשר להעריך את טיב הבדיקה ורמת הודאות של התוצאה, לזהות שגיאות וזיהומים בקלות רבה יותר, ולהתאים את הבדיקה ביתר קלות למגוון החומרים בהם משתמשים. בנוסף, במקרים מסוימים אפשר לנצל את הידע הכמותי כדי ללמוד עוד על מצב המחלה, אבל אני לא יודע האם זה רלוונטי לבדיקת הקורונה, שיש בה שונות גדולה הנובעת מתהליך הדגימה עם המטוש וכו.

  • דודי

    לגבי המטוש

    כיצד הווירוס נספח למטוש? האם על רכש המטוש מרוח חומר סופח או שראש המטוש מיונן?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןיובל רוזנברג

    החומר ממנו עשוי ראש המטוש

    החומר ממנו עשוי ראש המטוש (למשל פוליאסטר או ניילון) סופח בעצמו את הריר והווירוסים (ושאר חלקיקים קטנים). סוג החומר והמבנה המיקרוסקופי שלו קובעים את מידת ההתאמה של המטוש לבדיקה. בדרך כלל משתמשים בסיבים שיוצרים מבנה מורכב עם הרבה שטח פנים וחללים בהם חלקיקים יכולים להתפס. כוח הנימיות בחללים האלו מסייע לאסוף נוזלים רבים המכילים את הוירוסים. חשוב לזכור שהמטוש צריך מצד אחד לספוח את הדגימה באופן יעיל (ובטוח לשימוש), אבל מצד שני לשחרר את הווירוסים בקלות אל נוזל ההעברה (ולא לפגוע בווירוסים או בהמשך תהליך הבדיקה).

  • דודי

    לגבי המטוש

    כיצד הווירוס נספח למטוש? האם על ראש המטוש מרוח חומר סופח או שראש המטוש מיונן?

  • david leonov

    אני כימאי ולא הבנתי באילו

    אני כימאי ולא הבנתי באילו ריאגנטים מדובר . האם כולם חסרים חלקם. האם פנו להברות בארץ לבדוק אפשרות יצור? בנוסף לרואגנטים הללו יש גם צורך בתרופות רבות למשל חמרי הרדמה האם יש מספיק בארץ את אלו כן ניתן ליצר . מהכרותי את משרד הבריאות רק התקשורת יכולה להזיז את המאובנים האלה. המשיכו לכתוב ולציין בעיות שהציבור לא ממש מבין.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןיובל רוזנברג

    דרושים מגוון ריאגנטים

    כל שלב בבדיקה דורש ריאגנטים משלו, ומרביתם הם למעשה תערובת של מרכיבים רבים. בנוסף, ניתן להמיר חלק מהמרכיבים בחומרים אחרים המבצעים פעילות דומה, כך שלכל חברה יש ״מתכון״ משלה. לא כל הריאגנטים חסרים, וחברות ישראליות אכן מספקות חלק מהם.

  • ריגאנט

    מעניין מאוד

  • מ.ג.

    ריאגנטים

    יש בארץ כל כך הרבה כימאים גימלאים באיכות מקצועית ברמה עולמית. אפשר להפעיל אותם ליצירת ריאגנטים ומהיכירותי מהם אני בטוח שימצאו דרכים מהירות וזולות ליצירת הריאגנטים הדרושים.

  • אנונימי

    טעות בכתבה

    הי יובל, אהבתי מאוד את הכתבה. הסברת בצורה נהירה מאוד ומעניינת את התהליך כולו. אבל, אני חושבת שיש לך טעות אחת: כתבת שנוזל ההעברה צריך להכיל חומרי מזון. איזה חומרי מזון משמשים וירוסים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןיובל רוזנברג

    תודה על השאלה.

    תודה על השאלה.
    אתה צודק שנגיפים אינם מבצעים פעילות מטבולית ולכן אינם זקוקים לחומרי הזנה. מקובל לשים בנוזל ההעברה נוזל לגידול תאים. הסיבה העיקרית לכך היא המצאותם של חלבונים השומרים על יציבות הנגיפים ומגנים עליהם. לכן זהו חומר משמר יותר מאשר חומר הזנה (כפי שכתוב כעת בכתבה). לעומת זאת, נוזלי העברה רבים מנסים לשמר את פעילות הנגיפים ובתוך כך גם לשמור על חיוניות תאים שנאספו. נוזל גידול התאים מכיל מרכיבים שונים, כולל (מעט) חומרי הזנה, אשר משמשים את התאים המודבקים (אם ישנם) ולכן אף מאפשרים לנגיפים להמשיך להתרבות בנוזל ההעברה. כלומר חומרי ההזנה לא משמשים את הנגיפים באופן ישיר, אבל עשויים לסייע להם ע״י תמיכה בתאים, וכך לשפר את הסיכוי לגלותם.