פרס נובל בכימיה לשנת 2020 יוענק לעמנואל שרפנטייה (Charpentier) וג'ניפר דאודנה (Doudna) על חלקן בפיתוח השיטה לעריכה גנטית - CRISPR

ועדת הנובל הכריזה היום בצהריים על הזוכים בפרס נובל לשנת 2020 והפעם על גילוי השיטה לעריכה גנטית - CRISPR. בפרס זכו עמנואל שרפנטייה (Charpentier) ממכון מקס פלנק לחקר גורמי מחלות בברלין, גרמניה, וג'ניפר דאודנה (Doudna) מאוניברסיטת ברקלי, ארצות הברית.

 

המערכת ששינתה את המשחק

מערכת CRISPR, בעברית קריספר (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) היא מערכת חיסון נגד נגיפים שהתגלתה בחיידקים בסוף המאה שעברה ותחילת המאה הנוכחית. המערכת משתמשת ברצפים קצרים של חומצת הגרעין RNA קצרים ובמספר חלבונים כדי לזהות מקטעי DNA של נגיפים שתוקפים את החיידק, ולחתוך אותם. זוהי מערכת מסתגלת - כלומר מסוגלת ללמוד - שכן פיסות DNA של הנגיף שנכנסות לתוך הגנום של החיידק משמשות לייצור פיסות ה-RNA הקצרות שמשמשות להגנה מפני המתקפות הבאות.

מהפכת הקריספר נולדה בתחילת העשור הנוכחי. בשנת 2011 הראו וירג'יניוס סיקסניס (Siksnys) מאוניברסיטת וילנה בליטא ופיליפ הורבאת' (Horvath) מחברת המזון דאניסקו, שקריספר פועלת כמערכת עצמאית, כיוון שאפשר להעביר מערכות קריספר ממין אחד של חיידק למין חיידק אחר. כעבור שנה פיענחו השניים את מנגנון הפעולה של קריספר, ואף הראו שאפשר לתכנת אותה לחתוך רצף DNA מסוים על-ידי הכנסת רצף RNA תואם. באותו חודש בדיוק פורסם מאמרן של זוכות הפרס שרפנטיה ודואודנה, שהתקדמו צעד אחד הלאה. הן חיברו את שתי מולקולות ה-RNA למולקולה יחידה (שנקראת sgRNA) וכך הפכו מערכת מסורבלת ומרובת מרכיבים למערכת נוחה לשימוש בת שני חלקים בלבד. המערכת הפשוטה שהן פיתחו, אשר שימשה לעריכה גנטית בחיידקים, אומצה על ידי מדענים בכל העולם ומשמשת כיום לעריכה גנטית בכל סוגי האורגניזמים. 

המועמד הנעלם

שרפנטייה נשאלה האם היא ציפתה לפרס, שכן הוא היה צפוי מזה מספר שנים. תגובתה הייתה שלאחר פרסום המאמר בכתבי העת המדעיים הנחשבים ביותר, Nature ו-Science, היה ברור שמדובר בתגלית ייחודית שעשויה לזכות בפרס נובל. עם זאת, היא אמרה כי למרות שזכתה במספר פרסים בעבר, היה לה קשה להאמין שזכתה בנובל והדבר הפתיע אותה מאד. 

ראש הועדה של הפרס נובל קלאוס גוסטפזון (Gustafsson) נשאל האם הם שקלו להעניק את הפרס למועמדים נוספים? קלאוס ענה שזו שאלה שהם לרוב לא עונים עליה. זהו תחום גדול ויש הרבה מדע טוב שמתבצע בו. השאלה הזו לא נשאלה במקרה. בשנים האחרונות מתחולל מאבק משפטי על הפטנט לקריספר בין הצד של דאודנה ושרפנטייה מחד ופנג ז'אנג (Zhang) מאידך. זה האחרון פיתח את הטכנולוגיה לשימוש בבעלי חיים ובני אדם והיתה ציפיה בקרב המדענים שהוא יחלוק איתן את הפרס על פיתוח הטכנולוגיה, בייחוד מכיוון שהוא עזר מאוד להפיץ אותה לכלל הקהילייה המדעית. בנוסף, פיליפ הורבאת' (Horvath) הוא זה שגילה את תפקידה הביולוגי של מערכת קריספר בחיידקים והיתה ציפיה שגם הוא יחלוק בפרס.

ממדע בסיסי לקליניקה

בהמשך שרפנטייה נשאלה מתי היא הבינה למה הכלי יוכל לשמש. היא ענתה שמבחינתה השימוש המעשי היה חלק חשוב החל מתחילת הקריירה שלה. היא תיארה מספר כלים גנטיים שפיתחה עבור חיידקי S.Aureus, ובהמשך עבור יצירת עכברים טרנסגניים. המטרה שלה הייתה לקדם את המחקר על מחוללי מחלות בעור, במקרה זה חיידק ה- S.Pyogenes הגורם למחלות עור ובדרכי הנשימה. היא חקרה את חלבונים חותכי DNA מסוג נוקלאזות בכדי להבין כיצד ניתן לטפל בחיידק זה. היא מדגישה כי תמיד רצתה לפתח מודלים גנטיים שיאפשרו להבין טוב יותר מחלות אנושיות. העבודה על קריספר הייתה ממוקדת בתחילה בחיידקים, אך מעצם היותה מדע בסיסי כל כך, ניתן היה לצפות שיהיו לה שימושים הודות למחקר על ביטוי ועריכתם של גנים. במקרה של קריספר החזון לטיפול בבני אדם הגיע מוקדם מאד בתהליך המחקר.
קריספר אכן משמש כבר היום במגוון מחקרים: ממלחמה ביתושים, דרך מאבק בהשמנה ובסוכרת אצל עכברים, ועד להנדסה גנטית של בני אדם ממש, כפי שנעשה - ככל הנראה - בסין בשנה שעברה. השנה החל ניסוי קליני ראשון, כלומר על בני אדם, המשתמש בקריספר לטיפול בסרטן ריאות.
קריספר משמש גם בנסיונות לייצר חיסונים חדשניים, ושרפנטייה נשאלה לגבי שימוש אפשרי במערכת עבור חיסון נגד קוביד-19. "כיום כבר קיימות ערכות המבוססות על קריספר המאפשרות לאתר את הנגיף", היא ענתה. "בשלב זה אני לא רואה היתכנות של שימוש בקריספר כחיסון באופן ישיר. אך באופן עקיף הטכנולוגיה של CRISPR תוכל לשמש למחקר אודות ההרכב המולקולרי של הנגיף, שבסופו של דבר יאפשר פיתוח של חיסון". ואמנם, קריספר משמש כבר היום בנסיונות לייצר את החלבונים של הנגיף בחיידקים, וכך לבודד אותם ולחקור אותם באופן יעיל. מעבר לכך, הטכנולוגיה יכולה לשמש גם לייצור המוני של חלבוני הנגיף, במקרה שיהיה צורך לשלבם בחיסון. 

מסר חיובי לנשים

שרפנטייה ודאודנה זכו יחדיו מוקדם יותר השנה בפרס וולף, שבמקרים רבים - וגם הפעם - "מנבא" את הזוכים בפרס נובל. זו הפעם הראשונה שבה שתי נשים זוכות יחדיו בפרס נובל מדעי, ללא שגבר יחלוק איתן את הפרס גם הוא. שרפנטייה אמרה שהיא מקווה שהדבר יעביר מסר חיובי לבנות ונשים צעירות המעוניינות ללכת בדרך המדע. בעיניה, הוסיפה הזכייה מראה שנשים מסוגלות להשפיע רבות ולקבל הערכה על עבודתן. הענקת הפרס לשתיהן אכן מעבירה מסר חזק ביותר.

doudna-2_3-464x696_580.jpg
זוכות פרס נובל בכימיה 2020 עמנואל שרפנטייה (Charpentier) וג'ניפר דאודנה (Doudna). איור: אתר פרס נובל

פרס נובל בכימיה הוענק בשנה שעברה לשלושה מדענים מארצות הברית ומיפן, על פיתוח של סוללות ליתיום-יון. הסוללות הנטענות היעילות הפכו מרכיב מרכזי בחיינו, ומפעילות כיום טווח עצום של מכשירים אלקטרוניים וחשמליים, מטלפונים חכמים ומחשבים ניידים ועד כלי רכב חשמליים. הפרס חולק באופן שווה בין פרופ' ג'ון בניסטר גודינף (Goodenough), פרופ' מייקל סטנלי וויטינגהאם (Wittingham) ופרופ' אקירה יושינו (Yoshino). התגליות שכל אחד מהם עשה בנפרד איפשרו בסופו של דבר את פיתוחן של הסוללות המתקדמות, שנכנסו לחיינו לפני כמעט שלושה עשורים, והיו אבן דרך חשובה בקפיצת הדרך הטכנולוגית של שנות ה-2000.  

בשנת 2018 הוענק פרס נובל בכימיה השנה לשלושה חוקרים מבריטניה ומארה"ב על פיתוח תהליכים אבולוציוניים במבחנה בקנה מידה מהיר, מחקרים שיש להם השלכות רבות במחקר, בתעשייה וברפואה. מחצית הפרס הוענק לפרנסיס ארנולד (Arnold) מארצות הברית על פיתוח שיטה לייצור יעיל ומהיר של אנזימים באמצעות ברירה אבולוציונית במבחנה. המחצית השנייה התחלקה בין המדען האמריקאי ג'ורג' סמית (Smith) מאוניברסיטת מיזורי והמדען הבריטי סר גרגורי וינטר (Winter), על פיתוח שיטה לבחינת קשרים בין חלבונים, המכונה תצוגת פאג'ים (phage display).

בשנת 2017 הוענק הפרס למדענים ז'ק דבושה (Dubochet) מאוניברסיטת לוזן בשוויץ, יואכים פרנק (Frank) מאוניברסיטת קולומביה בניו יורק ו לריצ'רד הנדרסון (Henderson)  מאוניברסיטת קיימברידג' באנגליה על פיתוח שיטות מיקרוסקופיות לקביעת מבנה תלת מימדי של מולקולות ביולוגיות כמו חלבונים. הזוכים פיתחו שיטה לדימות (imaging) של מולקולות אלו, על ידי הקפאה מהירה ושימוש במיקרוסקופ אלקטרונים לצפות במולוקולות ברזולוציה אטומית.