למה לא משתמשים בהנדסה
גנטית כדי לקבל כוחות-על?

כשהעכביש הרדיואקטיבי נשך את פיטר פרקר, חייו השתנו ללא היכר. פיטר, שלפני הנשיכה היה תלמיד מבריק אך לא אתלטי במיוחד, מצא את עצמו עם מגוון כוחות חדשים. לפתע פתאום נולדה בו היכולת לעשות כל מה שעכביש עושה: לקפוץ לגובה, לטפס על קירות ולהגיב במהירות, ובחלק מהגרסאות והעיבודים של הקומיקס אפילו לייצר קורי עכביש בגופו. את היכולות המופלאות הללו יש כמובן לייחס לנשיכת העכביש, שבעקבותיה חדר לתאיו האנושיים DNA עכבישי והשתלב בהם. פיטר פרקר הפך לספיידרמן – יצור כלאיים שחלקו אדם וחלקו עכביש.

ספיידרמן אינו גיבור-העל היחיד שכוחותיו העל-אנושיים מגיעים כביכול ממקור גנטי. קחו לדוגמה את האקס-מן – קבוצה גדולה ומגוונת של גיבורים, שבעקבות שינויים (מוטציות) ב-DNA שלהם, זכו לשלל כוחות, כמו שליטה על מזג האוויר, קריאת מחשבות או ירי של קרני לייזר מהעיניים.

בעולמות הקומיקס והפנטזיה מתוארות דמויות רבות בעלות כוחות על-אנושיים, שבחלק מהמקרים נוצרו על ידי שינוי מקרי או מכוון ב-DNA שלהם. אבל האם זה באמת אפשרי? האם הנדסה גנטית תוכל לאפשר לנו לרחף באוויר? ואם כן למה לכל הרוחות הטיפול הזה לא כלול בסל הבריאות?

ספיידרמן קיבל את כוחותיו מ-DNA של העכביש שנשך אותו. למה הנדסה גנטית לא יכולה לתת לנו כוחות על? ספיידרמן מפגין את יכולת ייצור הקורים שלו | Shutterstock, degaleri

מתכון לתפקוד תקין

כשאנו מביטים במראה נדמה לנו שאנחנו חוזים ביצור שלם העומד בפני עצמו, אבל האמת מורכבת יותר. במבט מבעד לעדשת המיקרוסקופ נגלה שגוף האדם מורכב מהמון סוגים של תאים קטנים, ששונים זה מזה במראה וגם פועלים בצורה שונה, בהתאם לתפקידם ולרקמה בגוף שבה הם נמצאים. למשל תאי עצב במוח נראים שונים מאוד מתאי מעי, ולכל סוג תא יש תכונות שמאפשרות לו לבצע תפקיד מסוים.

אם נסתכל עוד יותר עמוק, לתוך התאים, נגלה שלמרות ההבדלים במראה ובתפקוד, יש להם לא מעט חלקים דומים. אפשר לראות בתא מעין בית, המורכב משלל חדרים שלכל אחד מהם תפקיד ייחודי. בלב התא נמצא חדר גדול שנקרא גרעין התא, ולו תפקיד חשוב: הוא מכיל את ה-DNA, החומר התורשתי שלנו. בכל התאים בעלי הגרעין שבגופנו יש אותו DNA, ולא משנה איפה הם נמצאים: בעור, בכבד או בכל איבר אחר. לכן אפשר לזהות אדם לפי ה-DNA הייחודי שלו, גם אם יש בידינו רק קשקש עור או שערה.

אפשר לדמות את ה-DNA לספר מתכונים לעוגות. כפי שבספר יש הוראות מפורטות לאפיית כל העוגות הכלולות בו, אולם אנו נבחר בכל פעם להכין רק את העוגה הנחוצה לנו – למשל עוגת שוקולד או פאי אגסים - ה-DNA מכיל את ההוראות, או את הפוטנציאל לייצור, כל החלבונים בגוף.

בשונה מהספר, המתכונים ב-DNA לא כתובים באותיות ובמילים אלא מורכבים מרצפים של מולקולות שנקראות "בסיסים". כשם שהחלפת אות אחת במילה תשנה את משמעותה – למשל "בית" יהפוך ל"זית", כך גם ב-DNA. שינוי של סדר הבסיסים ישנה את ההוראות ליצירת החלבון, כלומר את הגֵן. בהכנת עוגה, אם נוסיף למתכון רכיבים או נשמיט אותם נקבל תוצאה שונה ממה שהתכוונו. רבים מהשינויים, למשל אם לא הוספנו קמח, יניבו עוגה פגומה; אחרים, למשל אם נוסיף שוקולד לעוגת תפוזים, רק ישנו את טעמה ומרקמה. באופן דומה, שינוי ברצף ה-DNA ישנה את מבנה החלבונים שיווצרו בתא, ושינויים כאלה יכולים לשנות את האופן שבו יפעל התא, ולכן גם גופו של האדם שהתא שייך לו.

הפעולות שתא יכול לבצע תלויות בחלבונים שהוא מייצר, ולכן כל תא ייצר חלבונים אחרים – כלומר יכין רק את העוגות המתאימות לו מספר המתכונים.

גוף האדם מורכב מהמון סוגים של תאים קטנים, ששונים זה מזה במראה וגם פועלים בצורה שונה. סוגים שונים של תאים בגוף האדם | Shutterstock, Achiichiii

המספריים של הביולוג

מדענים שחוקרים תהליכים ביולוגיים שמתרחשים בתאים, מרבים כיום "לשחק עם המתכון". לדוגמה, כשיש לחוקר השערה בקשר לתפקידו של חלבון בתא, הוא יכול לשנות את ה-DNA ולבחון את השפעת השינוי על תפקודם של התאים ושל חיית המעבדה שהתאים שייכים לה. שינויי המתכון האלה, שנקראים "הנדסה גנטית", נעשים במגוון שיטות שמאפשרות לשנות, להוסיף או להסיר DNA בתוך תאים חיים.

באחת מהשיטות הרווחות כיום בהנדסה הגנטית נעשה שימוש בנגיפים כדי להחדיר מקטעי DNA חדשים לתאים. השיטה מתבססת על כך שנגיפים הם טפילים שמשתלטים על מנגנוני התא שלתוכו הם חדרו כדי לשכפל עותקים חדשים של עצמם ולהתרבות. מביניהם, קבוצה גדולה של נגיפים, שקרויים רטרו-וירוסים, ניחנים ביכולת להחדיר את החומר התורשתי שלהם ל-DNA של התא שהדביקו, וכך להוסיף מנה חדשה לספר המתכונים של התא. כשמנגנוני התא יקראו את המתכון החדש, הם יתחילו לייצר את חלבוני הנגיף ולהפיצם. יש דמיון מסוים בין הדבקה ברטרו-וירוס לנשיכה שקיבל פיטר פרקר. בשני המקרים DNA זר השתלב ב-DNA האנושי והוסיף לו מתכונים חדשים לחלבונים זרים – נגיפיים או עכבישיים.

במעבדה, חוקרים יכולים להשתמש במנגנון היעיל של הרטרו-וירוסים כדי להשתיל מקטעי DNA נבחרים בתאים. הם מוציאים מהנגיף את החלקים שבהם הם לא מעוניינים – למשל אלה שמורים לתא לייצר נגיפים חדשים – ומחליפים אותם ב-DNA שירצו להוסיף לתא. לאחר מכן מדביקים את התאים בנגיף המהונדס, שמחדיר את המתכון הדרוש ל-DNA שלהם, וכך גורם להם לייצר את החלבון שהחוקרים מבקשים לבדוק.

שיטת עריכה גנטית נוספת, שנהנית מפופולריות רבה במיוחד בשנים האחרונות, היא קריספר (Crispr-Cas-9). זוהי טכנולוגיה שימושית מאוד, ואף זיכתה שתיים מהחוקרות שהיו שותפות לפיתוחה בפרס נובל לכימיה בשנת 2020.

בטבע, קריספר הוא מנגנון הגנה של חיידקים מפני נגיפים שתוקפים אותם. כמו בני האדם, גם חיידקים מתמודדים עם התקפות של נגיפים, וגם הם אימצו במהלך האבולוציה שיטות להתגוננות מפניהם. כשחיידקים מסוימים נתקלים בנגיף שכבר פגשו בו בעבר, הם מפעילים מנגנון הגנה שנקשר לנגיף וחותך את רצף הבסיסים שמהם מורכב ה-DNA שלו. המנגנון הזה, השקול למספריים שמתבייתים על קוד DNA ספציפי, הוא הקריספר.

במעבדה אפשר להשתמש במספריים המולקולריים המדויקות הללו ולתכנן מנגנוני קריספר שיחתכו את ה-DNA במקומות החשובים לחוקרים. כך יכולים מדענים לבצע פעולות עריכה מדויקות ב-DNA, לגזור החוצה מקטעים ולהכניס במקומם מקטעים אחרים.

עריכה גנטית היא כלי שימושי להפליא. חוקרים בימינו יכולים די בקלות לשנות, להוציא או להכניס מקטעי DNA לתאים, ועל ידי כך לחקור מגוון עצום של שאלות, למשל לבדוק את ההשפעה של מגוון חלבונים על תכונות כמו משקל הגוף או נטייה למחלות מסוימות. באופן דומה הם גם יכולים לגרום לתאים לייצר חלבונים זורחים בשלל צבעים וכך לעקוב אחרי התאים הללו במהלך התפתחותם ועל פעילותם.

אם כן, כלים להנדס את ה-DNA יש לנו, ומוכנות ודאי שיש. אז למה עוד אין לנו כוחות?

חוקרים בימינו יכולים די בקלות לשנות, להוציא או להכניס מקטעי DNA לתאים. אילוסטרציה של מדענית מכניסה DNA לתא | Sam Falconer, Debut Art / Science Photo Library

מסלול מכשולים

הקושי הראשון העומד בדרכנו להעניק לעצמנו כוחות על-אנושיים הוא שקשה להמציא תכונות ביולוגיות יש מאין. הטבע יצר במהלך האבולוציה מנגנונים שימושיים רבים וטובים, ובמשך השנים בני האדם צפו בו ומצאו עוד ועוד דרכים לרתום לצרכיהם את פיתוחיה של האבולוציה. תכנון המטוס, למשל, הושפע ממבנה גופה של הציפור; המכ"מ דומה למנגנון ההתמצאות במרחב על פי גלי קול שבו משתמשים דולפינים ועטלפים; ואילו סרט הוולקרו (סקוץ') עוצב בהשראת הקוצים של צמח הלפה, הנדבקים בעקשנות למכנסיים.

הטבע יצירתי, אבל לא כל-יכול. אם נרצה לתכנן מנגנון ביולוגי שיאפשר תכונה שאינה קיימת בטבע, נצטרך להמציא בעצמנו מערכות ביולוגיות חדשות שלא התפתחו במסגרת האבולוציה. קשה, למשל, להעלות על הדעת מהם החלבונים הנחוצים כדי שנוכל לירות קרני לייזר מהעיניים.

אז את הכוחות המסובכים נשאיר בצד. במקום לדבר על לייזר מהעיניים נחשוב על משהו שכבר קיים בטבע: קורי עכביש, כמו אלה שמאפשרים לספיידרמן לקפץ בין בניינים ברחבי מנהטן. קורי עכביש הם חומר מופלא. הם דקים מאוד, אבל חזקים פי חמישה מברזל יחסית לעוביים. יהיה נהדר אם בני האדם יוכלו לייצר חומר כזה – גמיש וקליל אבל חזק מספיק כדי לשאת את משקל גופם.

מדענים מנסים כבר שנים רבות לזהות מהו מבנה החומרים המרכיבים את קורי העכביש, אך עד כה לא זיהו את כל מרכיביו. באחד מהמחקרים נמצאו  28 חלבונים שונים, שלכולם יש תפקיד משמעותי בתהליך ייצור הקורים. קשה לדמיין איך נוכל בכלים שיש לרשותנו כיום להעניק לאדם את היכולת לייצר בגופו עשרות חלבונים שונים, שגם ישתלבו יחד באופן עדין ומדויק.

כפי שיצירת קורי עכביש היא תהליך מורכב שדורש תגובות שרשרת ומעורבות של חלבונים רבים, גם כוחות-על אחרים שנוצרו אצל יצורים אחרים בטבע אינם תלויים בחלבון או בחומר בודד. בכולם מעורבים תהליכים שמשלבים כמה וכמה חלבונים או מולקולות אחרות ותגובות ביוכימיות רבות.

אם בגוף האנושי מסובך מדי, מה בנוגע לבעלי חיים אחרים, שאולי מתאימים יותר למלאכה? עד כה נעשו ניסיונות מעניינים שנועדו להשתמש בבעלי חיים אחרים לייצור קורי עכביש. באחד המחקרים הנדסו החוקרים עיזים שייצרו חלבונים של קורים בחלב שלהן, כדי להפיק אותם בקלות. במחקר חדש יותר נעזרו בהנדסה גנטית כדי להוסיף לסיבים שיוצרים זחלי טוואי המשי חלבון של קורי עכביש, וכך ליצור משי חזק יותר. ובמחקר שלישי הנדסו חיידקים שמייצרים חלבונים של קורי עכביש.

עד כה נעשו ניסיונות לייצר קורי עכביש בעזרת עיזים, זחלים וחיידקים מהונדסים גנטית. קורי עכבישים שנוצרו על ידי חיידקים | Eye of Science, Debut Art / Science Photo Library

כשלים וסכנות

להנדסה גנטית יש פוטנציאל רב, אולם היא לא חפה מסכנות. אחת מהן היא שהטכנולוגיה שאנו משתמשים בה לעריכה גנטית אינה מדויקת מספיק, ולכן קשה לחזות מראש את מלוא ההשפעה שתתקבל. לדוגמה, כשמתכננים מערכת שתחתוך את ה-DNA האנושי בנקודה מסוימת, קיימת הסכנה שבלי ידיעתנו היא תחתוך אותו גם בנקודות נוספות. התופעה הזאת נקראת "פגיעות מחוץ למטרה", ולחיתוכים לא מתוכננים כאלה עלולה להיות השפעה ניכרת על בריאותו של האדם.

שנית, חשוב לזכור שחלבונים שונים עובדים בצורה שונה בתנאים שונים. החלבונים הם מכשירים עדינים, והמבנה והפעילות שלהם מושפעים מאוד מתנאי הסביבה – שינויים בטמפרטורה או בחומציות, וקיומם של חלבונים נוספים או של מולקולות אחרות בסביבתם, יכולים לשנות במידה רבה את האופן שבו החלבונים מתנהגים ואת תפקודם בתא החי. לכן קשה להעריך איך תשפיע עריכה גנטית על אדם בטווח הארוך, או אפילו הקצר. עלינו להבין את כל הגורמים שעלולים להשפיע על החלבון המהונדס, ובמקרים רבים אנו מוגבלים ביכולתנו לגבש את הידע הנדרש מבלי לבצע לפני כן ניסויים על חיות, או, חלילה, על אנשים אחרים.

במהלך האבולוציה שלנו התפתח בתאינו שיווי משקל עדין. לא פעם, הוספה או הסרה של חלבונים עלולה להפר את שיווי המשקל, וכבר היו מקרים מצערים בעבר שבהם עריכה גנטית שנעשתה לבני אדם, בניסיון לרפא אותם ממחלה קשה, הובילה להתפתחות של סרטן.

כשמתכננים מערכת שתחתוך את ה-DNA האנושי בנקודה מסוימת, קיימת הסכנה שבלי ידיעתנו היא תחתוך אותו גם בנקודות נוספות. אילוסטרציה של מערכת קריספר חותכת DNA | Ramon Andrade 3DCIENCIA / Science Photo Library

אתיקה של עריכה גנטית

לבסוף, השימוש בעריכה גנטית בגופם של בני אדם חיים מעורר גם דילמות אתיות ומוסריות. גם אם עריכה כזאת אפשרית, האם היא רצויה?

סוגיה אחת נוגעת להסכמה. קשה מאוד לערוך את כל תאיו של בן אדם בוגר – נזדקק לשם כך לנגיף יעיל במיוחד, שידביק את כל התאים שלו ויפעל בכולם בצורה זהה בלי לעורר תגובה חיסונית חמורה. הרבה יותר קל לערוך ביצית מופרית – השלב בהתפתחותו של אדם שבו הוא מורכב מתא אחד בודד. במצב כזה השינוי הגנטי יועתק לכל תאיו של האדם הבוגר כשיגדל. אך יש בהתערבות כזאת בתכונותיו של אדם בעיה: תינוק שטרם נולד לא יכול להעניק את הסכמתו לביצוע העריכה הגנטית, וכמובן אינו יכול לשקול את המשמעויות והסכנות הטמונות בתהליך. האם לגיטימי "להשביח" אותו טרם לידתו בתכונות שאולי לא ירצה כשיגדל? ואם העריכה נעשתה כדי לחסוך ממנו מחלה תורשתית חשוכת מרפא, האם זה יותר לגיטימי?

סוגיה נוספת נוגעת לנגישות העריכה הגנטית. לא ברור אם ועד כמה הטכנולוגיה החדישה של עריכה גנטית תהיה זמינה לציבור כולו. עלול להיווצר מצב שבו אנשים בעלי ממון וגישה לידע יוכלו "להשביח" את עצמם ואת צאצאיהם, בעוד ששאר האנשים יישארו מאחור.

הנושא הזה טעון במיוחד כשלוקחים בחשבון את ההיסטוריה הקודרת של האאוגניקה - השאיפה להשביח את המין האנושי. האאוגניקה שימשה בעבר תירוץ לאפליה על רקע גזע או מוצא אתני ולהצדקת קיומן של חברות נטולות שוויון מעמדי ושוויון הזדמנויות. גם ז'אנר המדע הבדיוני הרבה לעסוק בנושא, למשל בסרט המצוין "מה קרה בגאטאקה?" מ-1997.

אפלייתם של הלא-מושבחים. "מה קרה בגאטאקה?":

ובכל זאת… גיבורי-על

למרות כל המכשולים, יש בעולמנו גיבורי-על אמיתיים, כאלה שההנדסה הגנטית עשתה אותם חזקים יותר ועמידים יותר, ואפילו העניקה להם את היכולת לקטול את אויביהם בעזרת רעל!

הגיבורים האלה הם הצמחים. בעוד שההנדסה הגנטית של בני האדם נמצאת עדיין בחיתוליה, מדענים למדו כבר לפני שנים רבות להוסיף לצמחים תכונות ולשפר את התאמתם לתנאי הסביבה. בזכות ההנדסה הגנטית יש לנו היום צמחי מאכל שגדלים יותר ויותר מהר, מתמודדים טוב יותר עם תנאי מצוקה, מחזיקים מעמד זמן רב יותר על המדף ואף הורגים את החרקים שניזונים מהם. כמו כן, כלי עריכה גנטית סייעו לפתח צמחים שמסוגלים לייצר חלבונים חשובים לאדם,כמו קולגן, ויצרו צמחים מזינים יותר לאדם, למשל אורז שמכיל ויטמין A.

בנוסף, אף שהנדסה גנטית עדיין לא יכולה להעניק לנו כוחות-על, כבר יש לה שימושים משמעותיים ברפואה, בדמות ניסיונות מעוררי השראה לרפא מחלות בעזרתה. דוגמה לכך היא טכנולוגיית CAR-T לטיפול בסרטן. בשיטה הזאת מוציאים מדמם של חולי סרטן תאי דם לבנים, השייכים למערכת החיסון, ומעניקים להם במעבדה כלים משופרים להתמודדות עם הגידול הסרטני. לאחר מכן מחזירים את התאים המהונדסים לגופם של המטופלים ומניחים להם לתקוף את תאי הגידול.

שיטה מבטיחה נוספת שואפת לשקם את יכולת הראייה של אנשים שהתעוורו בעקבות מחלה גנטית, שגורמת לתאים במערכת הראייה שלהם לייצר חלבון פגום. במחקר שפורסם בשנת 2022 הזריקו קריספר לעיניהם של חולים, במטרה לתקן את הגֵן הפגום ולגרום לתאיהם לייצר חלבון תקין. ההצלחה הייתה חלקית בלבד: בראייה של שני מטופלים חל שיפור ניכר, אך מצבם של שאר המשתתפים נותר ללא שינוי. חשוב לציין שמדובר רק במחקר ראשוני עם נבדקים מעטים, ותוצאותיו מעודדות מחקרים נוספים שאולי יאפשרו לשפר משמעותית את השיטה ולהתאים אותה גם למחלות תורשתיות אחרות.

בזכות ההנדסה הגנטית יש לנו היום צמחי מאכל עם שלל תכונות ייחודיות. עגבניה רגילה (מימין) ועגבניה שהונדסה גנטית כדי לשרוד זמן רב יותר על המדף | Purdue University photo/Avtar Handa

חשיבותה של השונות

שינויים אקראיים ב-DNA של יצורים חיים נוצרים כל העת גם בלי שנתערב בהם בעצמנו. חלקם משנים את תכונותיו של היצור ועשויים להשפיע בין השאר על חוזקו, כישוריו, עמידותו ומראהו החיצוני.

השונות הגנטית היא מרכיב חשוב בתהליכי הסתגלות אבולוציוניים, שבהם תכונות שמועילות לפרט ומעלות את סיכוייו להעמיד צאצאים, יתפשטו בהדרגה באוכלוסייה. במובן מסוים גם שינויים כאלה יכולים להיחשב כוחות על. למשל רוב היונקים צורכים חלב רק בראשית חייהם, ובהמשך מאבדים את היכולת לעכל את הסוכר לקטוז – אחד המרכיבים המרכזיים בחלב. אך בחלק מהאוכלוסיות האנושיות התפשטו עם השנים מוטציות שמעניקות לחלק משמעותי מהאנשים את היכולת לצרוך חלב גם בבגרותם.

כנראה בזמן הקרוב לא נשתמש בעריכה גנטית כדי לקבל כוחות על-אנושיים, כך שאם תראו מחר משהו עף בשמיים סביר להניח שמדובר במטוס או ציפור, ולבטח לא סופרמן מהונדס. גם כך, פיתוח יכולות העריכה הגנטית חשוב להפליא לאנושות – גם בשל הפוטנציאל העצום שטמון ביכולת הזאת לקידום המחקר והרפואה, וגם כי יהיה נחמד אם בבוא היום בכל זאת נוכל לטפס על קירות כמו עכביש.