ריבוזום בהרכבה עצמית

ייצור חלבונים ואר-אן-אי ריבוזומליים מגדילי די-אן-אי סינתטיים על-גבי שבב מוביל להרכבה עצמית של תת-יחידה חדשה של ריבוזום – גם היא על-גבי השבב(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)

ייצור חלבונים ואר-אן-אי ריבוזומליים מגדילי די-אן-אי סינתטיים על-גבי שבב מוביל להרכבה עצמית של תת-יחידה חדשה של ריבוזום – גם היא על-גבי השבב(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)

עוד כתבות באתר מסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע

לחמוק מבעד להגנות של הקורונה

סגר לסירוגין

פרופ' בר-זיו וד"ר שולמן דאובה, החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר מיכאל לוי (שהוביל את המחקר) ותלמיד המחקר ראובן פלקוביץ יצרו מערכת תאית מלאכותית, המסוגלת לחקות את התהליך הטבעי של ייצור והרכבה של ריבוזומים ובכך להתגבר על אתגר היעילות והכמויות. המערכת מבוססת על שבב זעיר, שעליו מקובעים גדילי די-אן-אי צפופים.

במחקר זה, הגנים ששולבו בהתקן הם אותם 27 גנים, הנושאים את המידע הדרוש לייצור מרכיבי היחידה הקטנה של הריבוזום של חיידק אי-קולי. כדי לאפשר לגנים "לבטא" את המידע המקודד בהם וליצור לפיו את החלבונים ואת גדיל האר-אן-אי, הזרימו המדענים אל השבב תמיסה המכילה את כל המנגנון של חיידקי אי-קולי, שאחראי על תרגום חלבונים (ובהם ריבוזומים). היחידות הריבוזומליות החדשות שנוצרו נלכדו על משטח של "מלכודות מולקולריות" בסמיכות לגנים שלהן, דבר ששיפר את היעילות הכללית של ההרכבה, ואִפשר התבוננות בזמן אמת על התהליך. בשלב זה המדענים "לוקחים צעד לאחור", ומניחים להתקן הביולוגי הזעיר, המדמה תא חי, לפעול באופן אוטונומי וליצור את החלבונים ואת גדיל האר-אן-אי ללא כל התערבות מצדם.

דימות פלואורסצנטי של תהליך ההרכבה העצמית הנמשך כ-40 דקות(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)

היררכיה מולקולרית

עם זאת, היכולת לייצר את כל מרכיבי היחידה s30 היא רק ההתחלה. כיצד אפשר לגרום למרכיבים האלה להשתלב בדרך נכונה, שאכן תיצור את המבנה הנכון והפעיל של היחידה? על פתרון התעלומה הזאת עבדו פרופ' בר-זיו, ד"ר שולמן דאובה וחברי קבוצת המחקר שלהם במכון במשך שבע שנים.

במהלך מאות ניסויים, הצליחו המדענים לפענח, טפח אחר טפח, את התבנית הנכונה שבה יש למקם את הגנים השונים על השבב. ארגון הגנים על השבב, בדומה לארגון של גנים בכרומוזומים, משפיע על תזמון ההיווצרות של החלבונים ועל המיקום והכמות היחסיים שלהם. בעזרת קיבוע של מקבצים שונים של גנים באותו התקן, כל מקבץ עם הרכב שונה של גנים, חשפו המדענים את תהליך הבנייה של יחידת הריבוזום. כלומר, באמצעות שחזור התהליך המוגדר וההיררכי של הרכבת יחידת ה-s30, צעד אחר צעד, אפשר היה להוכיח שהיחידה הורכבה. בשיטה זו אפשר גם לחשוף את השפעתם של חלבוני העזר על התהליך.

פרופ' בר-זיו וד"ר שולמן דאובה אומרים שתגלית זו עשויה לאפשר ייצור והרכבה של מבנים רב-מולקולריים שונים, טבעיים ואף כאלה שאינם קיימים בטבע. בין היתר, אפשר יהיה ליצור בדרך זו מבנים של חיידקים או נגיפים גורמי מחלות, מבלי להסתכן בתחלואה שהחיידקים או הנגיפים השלמים עלולים לגרום. זאת, מכיוון שלצורך אתחול הייצור וההרכבה דרושים גנים סינתטיים בלבד. יכולת זו עשויה להוביל, בעתיד, לפיתוח תרופות ולקידום פסי ייצור של חומרים ומרכיבים מולקולריים שונים הנחוצים לתעשייה.