השנה היא 2020, חודש דצמבר. באולם מפואר וריק מקהל בשטוקהולם, בירת שוודיה, עומדות עמנואל שרפנטייה וג'ניפר דאודנה וזוכות לכבוד ולתהילת עולם שמעטים זוכים לה. השתיים זוכות בפרס נובל לכימיה על מחקרים שפרסמו ב־2012 בתחום מערכת ה־CRISPR, הידועה גם בשם "עורכת הגנים". ולא בכדי. מדובר באחת הבשורות הגדולות ביותר - אם לא הגדולה ביותר - בתחום ריפוי מחלות ומניעתן.
7 צפייה בגלריה
זוכות פרס נובל לכימיה על מחקרן בתחום מערכת ה־CRISPR. פרופ' ג'ניפר דאודנה (מימין) ופרופ' עמנואל שרפנטייה
(צילום: AFP)
הסיפור הזה מתחיל הרבה קודם, בשנת 1987. באותה שנה קבוצת מדענים מיפן שחוקרים את החיידק E.Coli מזהים רצפים קטנים של DNA ללא משמעות. הם מדווחים על כך לעולם אך דבר לא קורה. שש שנים מאוחר יותר קבוצת חוקרים מספרד מדווחת על ממצאים דומים, ובשנת 2000 אף מבשרת כי הממצאים האלה אינם מוגבלים ל־E.Coli בלבד. אבל גם הפעם נדרש לעולם עוד קצת זמן כדי להבין מה בדיוק התגלה כאן. למעשה, יחלפו חמש שנים נוספות עד שהחוקרים יבינו מי היא קריספר ומה היא מסוגלת לעשות.
מה באמת? התשובה לשאלה הזאת נמצאת במערכת ההגנה של חיידקים מפני נגיפים. כמו בני האדם, גם חיידקים יכולים להידבק בנגיפים, אך בשונה מאיתנו להם אין מערכת חיסון מפוארת המבוססת על אלפי גנים ומסלולים בגוף. להם יש מערכת הקריספר, שמטרתה לקרוע לגזרים את רצף ה־DNA של הנגיף. את הקרעים האלה היא הופכת לחלקיקים קטנים שיוצגו, ובכל פעם שנגיף שכבר חדר בעבר ינסה לחדור לחיידק, מערכת הקריספר תשסע בו אנזים בשם CAS9 וכך תגן על החיידק. אז מדוע דווקא שרפנטייה ודאודנה זכו לכבוד הגדול? משום שהן גילו את היכולת הביוטכנולוגית לרתום את מערכת הקריספר לעריכה גנטית. הן פיתחו את המנגנון שמאפשר ליצור את המערכת בצורה סינתטית ולהפיק ממנה תועלת.
השתיים אמנם גילו את היכולת, אך לא הראו אותה בפעולה. מי שעשה זאת היה חוקר בשם פאנג זאנג ממכון Broad של MIT, שבשנת 2013 הראה לראשונה יכולת עריכה גנטית באמצעות הקריספר. הוא מצליח למחוק גן בתא של עכבר ובתאים אנושיים ומראה תיקון של ה־DNA ובמסגרתו מחיקה כוללת של כמה גנים. בעקבות זאת עולם המדע מבין כי הקריספר היא טכנולוגיה יעילה, פשוטה לביצוע, מדויקת ובעלת פוטנציאל בלתי נדלה.
איך זה עובד בדיוק? מחברים לאנזים ה־CAS9 רצף RNA קטן שיודע לזהות גן מטרה. הרצף, שנקרא גם "מדריך" (Guide RNA), מוביל את CAS9 לגן המטרה שנבחר. כש־CAS9 מגיע ליעדו, הוא חותך את המקטע הרצוי וכעת עומדות בפני המדענים שלוש אפשרויות: הסרה של הגן, החלפה מלאה שלו בגן אחר או רק תיקון שלו.
לרגל עשור לתגלית הזאת החלטנו לבדוק מה הצלחנו להשיג באמצעות המערכת הזאת עד היום ולאן פניה, ופנינו, מועדות.
איידס: למנוע מהנגיף להתרבות
זה כבר שנים רבות שהידבקות בנגיף ה־HIV שגורם למחלת האיידס אינה גזר דין מוות בעולם המערבי בזכות קוקטייל תרופות יומיומי שמונע מהמחלה להתפרץ. אך בעוד שבעולם המערבי אפשר לחיות עם HIV, עדיין מתים כ־650,000 איש מאיידס מדי שנה, בעיקר במדינות נחשלות ביבשת אפריקה. בנוסף קשה מאוד למצוא חיסון לנגיף ה־HIV משום שהוא מסוגל לייצר מוטציות המסייעות לו להתחמק בקצב גבוה מאוד. עד לגילוי הקריספר עיקר מחקר ה־HIV נעשה בתאים סרטניים אך אלה לא היוו מודל טוב מספיק ולכן לא אפשרו קבלת תוצאות מדויקות.
7 צפייה בגלריה
נגיף ה-HIV, ייתכן שכבר בעשור הקרוב נראה תרופה בטכנולוגיית הקריספר
(צילום: shutterstock)
ב־2013 קבוצת מדענים מרחבי העולם פרסמה מחקר בכתב העת היוקרתי Nature שהתמקד לראשונה בתאי T, תאי מערכת החיסון שאותם תוקף ה־HIV, ומצא את הגנים החשודים בסיוע ל־HIV להדביק ובכך לעבור מתא לתא. מאז פורסמו עוד מחקרים רבים כאלה. אחד מהם, למשל, שפורסם באפריל האחרון גם ב־Nature, מיפה 86 גנים שונים בגוף האדם שמסייעים ל־HIV בהדבקה. ההפתעה? 46 מהם לא היו חשודים עד אז כקשורים בכלל להדבקה. הגילוי הזה איפשר את הרחבת המפה וההבנה של האינטראקציות וחיפוש אחר מסלולים שאפשר לפגוע בהם, ובכך לשבור את שרשרת ההדבקה בגוף.
במילים פשוטות, במשך יותר מ־40 שנה נגיף ה־HIV נחקר, ורק השימוש בקריספר איפשר את קפיצת המדרגה הזאת. אבל קריספר לא עזרה רק במיפוי. ביולי האחרון הכריזה חברת Excision Bio Therapeutics כי הזריקה למשתתף הראשון במסגרת ניסוי קליני את התרופה EBT-101 המבוססת על טכנולוגיית קריספר. התרופה, שמוזרקת באופן חד־פעמי למחזור הדם, אמורה למנוע מנגיף ה־HIV להתרבות בגוף בדומה לתרופות הנלקחות כיום, כך שהמטופל אינו תלוי יותר בנטילתן. בספטמבר האחרון ציינה החברה כי טרם נצפו תופעות לוואי והצהירה כי אם הכול יתנהל כשורה, ייתכן שכבר בעשור הקרוב נוכל לראות תרופה ל־HIV. חשוב לסייג ולומר שהניסוי הזה עוד טרי מאוד ובתחילת דרכו, אבל בהחלט מהווה בשורה טובה.
מחלות רשתית: לראות את האור
מחלות ניווניות ברשתית העין הן מחלות גנטיות שפוגעות בלוקים בהן בעיקר בגילאי הילדות והנערות וגורמות לאובדן ראייה משמעותי עד עיוורון מוחלט. אחת מהן היא מחלת ה־LCA אשר גורמת לרוב לאובדן ראייה בינקות, ומעריכים כי מקורה עשוי להיות במוטציה ב־19 גנים שונים.
בשנת 2020 החל ניסוי קליני על ידי חברת Editas ובו הוחדרה התרופה EDIT-101 המכילה את מערכת הקריספר לחמישה משתתפים הלוקים ב־LCA. לפני EDIT-101 הוצג טיפול גנטי שהצליח לתקן רק גן קטן מאוד ולכן לא סייע לרבים מהחולים. באמצעות הכנסת תיקון לחלבון גדול יותר, EDIT-101 אמורה לאפשר שיפור משמעותי בראייה. את זה היא עושה כאמור באמצעות מערכת הקריספר שמכילה תיקון למוטציה בגן CEP290.
החוקרים הזריקו את התרופה לעין אחת של המשתתפים, ותוצאות ביניים מראות כי אצל שניים מבין המשתתפים חל שיפור ניכר בראייה, כזה שמאפשר לחוש אור. אחת מהם, אישה בת 54, אפילו הצליחה לעבור מבוך שמבוסס על אורות שנדלקים וכבים. החברה מקווה כי באמצעות התאמת המינון ושיפור המערכת יוכל הניסוי לגדול ולהראות שיפור בחולים נוספים.
אנמיה חרמשית: לייצר המוגלובין תקין
המוגלובין הוא חלבון שנמצא בכדוריות הדם האדומות שלנו ותפקידו לשאת חמצן בזרם הדם אל הרקמות והתאים. באנשים שחולים באנמיה חרמשית מבנה ההמוגלובין נפגע בשל הורשה גנטית של מוטציה בגן להמוגלובין שמקורה בשני ההורים. המבנה הפגום של ההמוגלובין מקנה לכדוריות הדם האדומות צורה של חרמש. בשל כך אספקת החמצן לתאים ולרקמות נפגעת, והמטופלים סובלים מרצף תסמינים שפוגעים באיכות החיים שלהם.
ברבעון הראשון של 2023 צפוי ה־FDA לאשר שימוש ראשון בשתי תרופות מבוססות קריספר בתחום המחלות ההמטולוגיות. ההערכות הן כי עם האישור יאשרו גם הרשויות הרגולטוריות האחרות את השימוש בטכנולוגיה
במאמר שפורסם בסוף שנת 2020 בכתב העת היוקרתי The New England Journal דיווחו חוקרים כי ביצעו בהצלחה הוצאה של תאי גזע מגופם של חולים, ובאמצעות מחיקה על ידי מערכת הקריספר "כיבו" גן בשם BCL11A שמפעיל שרשרת של גנים שבשלב העוברי מייצרת המוגלובין עוברי ותקין. בטרם הוחזרו התאים החדשים למשתתפים דאגו החוקרים לנקות את התאים הפגומים מגופם של המטופלים, ורק לאחר מכן החזירו את התאים החדשים. נמצא כי המטופלים שקיבלו את התאים החדשים החלו לייצר המוגלובין עוברי ותקין, וכי רמות ההמוגלובין והחמצן בדמם עלו. בניסוי הקליני כללו החוקרים גם בני נוער וילדים, ולטענתם איכות החיים שלהם חזרה באופן כמעט מיידי. הבעיה? הטיפול עדיין יקר מאוד וכרוך בתופעות לוואי חריפות בשל טיפול כימותרפי שעל המטופל לעבור. כעת האתגר של החוקרים הוא לשפר את המערכת, לייעל אותה ולהוזיל עלויות.
כיום עדיין אין טיפול בקריספר שמאושר על ידי ה־FDA (מינהל המזון והתרופות האמריקאי). עם זאת המינהל מאשר לבצע ניסויים קליניים ובדיקות הנעזרים במערכת הקריספר. לפי התחזיות, ברבעון הראשון של 2023 צפוי ה־FDA לאשר שימוש ראשון בשתי תרופות מבוססות קריספר בתחום המחלות ההמטולוגיות. ההערכות הן כי עם אישור ה־FDA גם הרשויות הרגולטוריות האחרות יאשרו את השימוש בטכנולוגיה ובכך ייפרץ הסכר.
עמילואידוזיס משפחתית: לעצור את ייצור החלבון הפגום
עמילואידוזיס משפחתית - מחלה גנטית נוראית. חלבון שמיוצר בכבד בשם TTR עובר באופן קבוע תהליכים של פירוק והרכבה מחדש. בחולים במחלה זו החלבון למעשה מתפרק ולא מצליח להתחבר מחדש כשורה, מה שמוביל ליצירת משקעים ברקמות ולהפרעה רב־מערכתית במערכות העצבים, הלב והעיכול. הבעיה? גם כשהמחלה מטופלת תרופתית, המשקעים עדיין נשארים, ולכן יש להתמקד בשתי בעיות: 1. הפסקת ייצור החלבון הפגום; 2. המסת המשקעים. כיום קיימת תרופה שמבוססת על הפחתת ביטוי הגן ל־TTR, אך היא דורשת עירוי תכוף (בכל שלושה שבועות) ונחשבת לבעלת תופעות לוואי לא נעימות וסיכונים לאי דיוקים.
החברות Intellia ו־Regeneron פיתחו תרופה בשם NTLA-2001 שהצליחה להראות הפחתה של כ־90% בייצור חלבון ה־TTR הפגום. בנוסף, מדיווחים ראשונים של כעשרה מטופלים תכיפות קבלת התרופה היא פעם ב־3־6 חודשים. בכך יש בשורה של ממש לכחצי מיליון אנשים. מעבר לשיפור הדיוק ולהפחתת התכיפות של מתן התרופה, החוקרים מקווים שהפיתוח יהיה גם זול יותר ובכך יפחית עומסים על מערכות הבריאות.
כולסטרול: לכבות את הגן שמשמר את ה־LDL
לפי נתוני ה־FDA, ל־47 מיליון אמריקאים (המהווים כ־54% מכלל המבוגרים בארצות הברית) יש כולסטרול גבוה. ומה המצב בישראל הקטנה? 1 מכל 250 איש סובל מכולסטרול גבוה משפחתי, כלומר כולסטרול גבוה שמקורו בגנטיקה ולא בתזונה. ה־LDL (הכולסטרול הרע) יכול ליצור משקעים שעלולים להביא להיצרות כלי דם ובעקבות זאת ללחץ דם גבוה גבוה, לכאבים בחזה ובמקרים מתקדמים גם להתקף לב ולשבץ. כדי שזה לא יקרה, רבים מטופלים בתרופות שנועדו להורדת הכולסטרול ונדרשים לקחת אותן במשך שנים על בסיס יומיומי.
אך האם חברה בשם Verve תפתור מיליוני אנשים ברחבי העולם מנטילת תרופה יומיומית? Verve פיתחה מערכת קריספר חדישה בשם 2.0 CRISPR. המערכת הזאת, בשונה מקודמתה, לא גוזרת מקטע שלם של גן אלא מחליפה בסיס יחיד בקוד הגנטי. באמצעותה הצליחו ב־Verve לכבות את הגן PCSK9 שלמעשה משמר רמות של LDL בדם. החולה הראשונה שקיבלה את מוצר המחקר הראתה ירידה דרמטית של כ־65% (!) ברמות הכולסטרול בדם. מדובר בלא פחות מהצלחה מסחררת.
מחלות סרטן: לחנך את תאי מערכת החיסון מחדש
סרטן היא המחלה המקיפה והנחקרת ביותר בכל העולם וממוקמת במקום השני מבין הסיבות המובילות למוות. זה עשרות שנים שהרפואה מנסה, ובפעמים רבות מצליחה, להגיע לפריצות דרך בתחום ריפוי הסרטן. אך האם קריספר תסייע גם במערכה הזאת? מחקר שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature בנובמבר האחרון מראה עבודה לא פחות ממרשימה של קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה (UCLA). החוקרים ניצלו AI (בינה מלאכותית) לאיתור מוטציות שקיימות בגידול, אך לא בזרם הדם, בכל מטופל מבין 16 משתתפי המחקר. על המוטציות האלה הם הפעילו אלגוריתם ובאמצעותו מצאו בכל גידול את המוטציות שעשויות לגרות תאי T.
מדובר בתאי מערכת החיסון שתפקידם לזהות תאים שסרחו ולחסלם. כשחולים בסרטן, התאים האלה לא מבצעים את עבודתם וכך הגידול מתפשט. החוקרים לקחו תאי T מהמטופלים, הנדסו את הקולטנים שלהם מחדש באמצעות קריספר כדי שיזהו את התאים הסרטניים בגידול, ושלחו אותם חזרה למלחמה בתוך גופם של המטופלים.
החוקרים לקחו תאי T מהמטופלים, הנדסו את הקולטנים שלהם מחדש באמצעות קריספר כדי שיזהו את התאים הסרטניים בגידול ושלחו אותם חזרה למלחמה בתוך גופם של המטופלים. הם נדהמו לגלות כי תאי ה־T נאספו סביב הגידול וההתפתחות שלו נעצרה
הם נדהמו לגלות כי בחמישה מהמטופלים נאספו תאי ה־T סביב הגידול, ולא נראתה התפתחות שלו כלל. החידוש כאן הוא לא רק היכולת של התאים להימצא במחזור הדם, אלא גם החינוך מחדש שלהם להיאסף סביב הגידול ולמנוע ממנו לגדול. בסיכום המחקר ציינו החוקרים שהם קצת התאכזבו מהתוצאות וכי ציפו לראות גם ירידה בגודלו של הגידול, אך את זה הם תולים במינונים שניתנו וטוענים שעם פיתוח הטכנולוגיה היעילות תגבר.
* * *
לאן כל זה הולך? אפשר לחלק זאת לשניים: מצד אחד עתיד מזהיר, ומצד אחר - אינספור דילמות אתיות שהאנושות שועטת לעברן (ראו למטה). בינואר האחרון הצליחה קבוצת מדענים מאוניברסיטת מקגיל בקנדה להנדס את צבען של לטאות באמצעות משחק בגן tfec על ידי קריספר. זה אמנם כאין וכאפס לעומת המשמעות בהצלת חיי אדם, אך מדובר בתפנית לא קטנה של הטבע. מדענים רבים ממקדים את מאמציהם בטכנולוגיית הקריספר דווקא בעולם הצומח, החל בהנדוס גנטי של צמחים ויבול כדי שיהיו עמידים יותר ויחיו לאורך זמן ובתנאי מזג אוויר קשים ועד להנדסת עצים יפים וחזקים יותר לריהוט. עם זאת, קיים פחד ומתח מתמיד מפני "אנושות מושלמת", כזאת שחסינה למחלות וקצב התמותה בה נמוך מדי עד כדי הכחדה מהירה יותר של הכוכב שלנו. וכמו בהרבה תגליות מדעיות, נכון להיום אנחנו עוד לא יודעים מה גודל הקרחון שעליו אנו עומדים.
אין ספק שאנחנו צפויים לראות עוד מחלות שנרפאות באמצעות הקריספר, אך הצפי הוא שככל שהפיתוחים האלה יגברו, כך הרשויות הרגולטוריות יקשיחו את תנאיהן. למעשה, כבר כיום אפשר לראות מדינות שמתחילות חקיקה שמטרתה להסדיר את סוגיית הקריספר ו"לשחרר את הפקק" היכן שניתן.
הסוגיה האתית של הנדסה גנטית
בשנת 2018 עולה מדען סיני בשם הא ג'יאנקוי לשידור ביוטיוב ומכריז כי נולדו זוג תאומים סיניים בשם לולו ונה־נה. מי שיתבונן בהם לא יראה משהו מיוחד, אך לולו ונה־נה אינם רגילים - הם תינוקות הקריספר הראשונים בעולם. ג'יאנקוי יצר הפריה מלאכותית מחוץ לגוף והנדס את התאומים כך שלא יכילו את גן ה־CCR5 שמנוצל על ידי נגיף ה־HIV בגוף לטובת חדירה לתאים. בכך התאומים למעשה חסינים ל־HIV. הקהילייה המדעית משתוללת בעקבות המעשה הזה. רבים מגנים את ג'יאנקוי, ואילו אחרים מציינים אותו כמי שיפרוץ דרך לעתיד. הרשויות בסין כולאות אותו ומרחיקות אותו מהמעבדה. אבל כעת האנושות נמצאת בפרק חדש בהתמודדות עם הנדסת גנים — האם זה אתי ליצור תינוקות משופרים?
תינוקות לפי הזמנה אינם היחידים שמעמידים את המדע בפני דילמה אתית. כיום יש חשש משמעותי גם מפני ביו־האקרים. בדומה להאקרים בעולם המחשבים, האקרים ביולוגיים מעמידים את האנושות בפני סכנה של הנדסת לוחמה ביולוגית והפרת הקוד האתי באופן יומיומי. אחד כזה הוא ג'ו זיינר, שפיתח ערכת DIY של קריספר והזריק אותה לעצמו במטרה לחזק את כוח השריר שלו. בהמשך הוא דיווח שהניסוי לא הצליח וכי בדיעבד הוא חש חרטה על המעשה הזה ועל הנזק האפשרי הכרוך בו, אבל פוטנציאל הסכנה עדיין מרחף מעל כולנו.
במחקר שנתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות בארצות הברית (NIH) ופורסם בפברואר האחרון בכתב העת היוקרתי Science, נשאלו 4,000 משתתפים לדעתם על עריכה גנטית בתינוקות:
- 41% השיבו כי אין להם בעיה מוסרית בעריכת גנים כדי לשפר תינוק מבחינה בריאותית או לא בריאותית.
- 28% השיבו כי יתמכו בעריכה גנטית לילדיהם כדי שייכנסו לאחד ממאה הקולג'ים הטובים בארצות הברית.
ומה אתם חושבים?
הכותב הינו עמית מחקרים קליניים בסקטור הציבורי
