עמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה > הנדסה גנטית
גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה


תקציר
בעשר השנים האחרונות חברו שתי מהפכות בביולוגיה זו לזו לכינון שטח חדש ברפואה המודרנית: חיסון אוכלוסיות באמצעות מזון מהונדס גנטית. מי יעדיף לקבל חיסון אם אפשר לאכול במקומו בננה?



חיסונים ירוקים : על חקלאות מולקולרית בשרות הרפואה
מחבר: פרופ' ידידיה גפני


ושוב על מזון מהונדס גנטית: והפעם על חיסונים שניתן לגדל בשדות ובחממות במקום להפיק במעבדות

בעשר השנים האחרונות חברו שתי מהפכות בביולוגיה זו לזו לכינון שטח חדש ברפואה המודרנית: חיסון אוכלוסיות באמצעות מזון מהונדס גנטית. המהפכה הראשונה מן השתיים היא האפשרות ליצור בקלות יחסית צמחים מהונדסים גנטית, שבהם נוצרים חלבונים על-פי גנים ממקור זר שנוספו לצמחים בתהליך ההינדוס; מדובר בצמחים כגון עגבנייה, תירס, אורז, תפוח אדמה, בננה, שעועית ועוד.

המהפכה השנייה היא המהפכה הגנומית שקיבלה תאוצה רבה בין השאר בעקבות פרויקט הגנום האנושי. בעקבות מהפכת הגנומיקה והפרוטאומיקה (זו משלבת מידע מהגנומיקה על תוצרי התבטאות הגנים, לאמור - החלבונים, ועל האינטראקציה ביניהם) הבנתנו את הבסיס המולקולרי למחלות זיהומיות העמיקה מאוד. חיבור של מידע זה ליכולת ליצור צמחים מהונדסים גנטית שבהם מתבטאים גנים המקודדים יצירת חלבונים משרי חיסון נוסד בשלהי המאה העשרים, בעיקר במעבדות מחקר אקדמיות. כיום, בתחילת המאה העשרים ואחת, נעשים כבר שלבי מעבר מבטיחים אל התעשייה.

לצורך בחיסון בני אדם וחיות משק באמצעות צמחי מאכל כמה טעמים. ראשית, בארצות רבות בעולם, כמו הודו, בנגלה-דש, אפגניסטן, חלקים מסין, מדינות בדרום אמריקה, אך בעיקר ארצות אפריקה, האפשרות לחסן אוכלוסין כנגד מחלות זיהומיות היא מוגבלת. בהיעדר תשתיות רפואיות מסודרות אין למעשה דרך יעילה להביא את החיסונים בצורה המקובלת בארצות המפותחות אל קהל היעד. לא כוח אדם מתאים ולא חומרי החיסון עצמם נמצאים בכמות מספקת לרשותן של מדינות אלו.

כמו כן, גם כשיש סיוע בינלאומי ותרכיבי חיסון נשלחים למדינות עניות, האמצעים הנדרשים לאחסון תקין של התרכיבים, כגון אחסנה בקירור ואחזקה סטרילית של אמצעי ההזרקה, לא תמיד קיימים וכך יוצא שהחיסון איננו מגיע בצורה ראויה אל המקבל.

ועל כל אלה, קיים גם ההיבט הכלכלי. יצירת חומרי החיסון דורשת אינקובטורים, מכלי תסיסה ותהליכי בידוד ניקוי ואריזה שמייקרים את המוצר המוגמר. בחברת השפע עלויות אלו הן בנות השגה. לא כך הם פני הדברים בעולם השלישי - מחיר חיסון כנגד שפעת שווה שם לשכר עבודה שבועי ואף למעלה מזה.

תרכיבי חיסון כנגד נגיפים וחיידקים משמשים ברפואה כבר למעלה ממאתיים שנה. מערכת החיסון מגינה על בעלי חיים רב-תאיים מפני פולשים זרים, והיא מבוססת על שילוב בין תאים שפועלים ישירות על הפולש הזר לבין תאים המייצרים חלבונים המשמשים במלחמה כנגד פולשים זרים, וכן כנגד חומרים זרים לגוף. הידועים שבין חלבונים אלה הם הנוגדנים. דרך מקובלת להכנת הגוף להתמודד בפולשים אלימים היא עירור יצירתם של נוגדנים על-ידי מערכת החיסון, וזאת בעזרת חשיפתה לפולש לא אלים, כלומר - שאין בכוחו להזיק; לשיטה זו קוראים חיסון, חיסון פעיל. ברוב המיקרים, ועד לאחרונה – בכולם, נעשה העירור תוך שימוש בחיידקים או בנגיפים מוחלשים. זהו חיסון פעיל, להבדיל ממתן הנוגדנים עצמם, שיטה המכונה חיסון סביל, שיטה שאותה נוקטים במקרה בו יש צורך מיידי להדביר גורם זר בגוף שאיננו מחוסן ושאין הזמן מאפשר פיתוח חיסון נגדו.

חיסון פעיל כטיפול מונע מחלות הפחית במידה ניכרת את התחלואה של האדם ושל חיות משק רבות. ואולם החדרה של נגיף מוחלש או חיידק מוחלש יכולה להוות בעיה כאשר מצבו הכללי של המחוסן בעייתי. כך, לדוגמה, חיסון של חולי איידס איננו משיג את המטרות הרצויות, וכך הדבר בחולים שגופם נחלש מאוד, או - וזה המקרה היותר נפוץ במדינות עניות - באוכלוסייה הסובלת מתזונה לקויה. במקרים אלה גורם המחלה (הפתוגן) המוחלש יכול להתרבות ולגרום למחלה במקום לעורר חיסון נגדה.

בעידן הביולוגיה המולקולרית והיכולות שהתפתחו מאז שנות השבעים של המאה העשרים לחתוך גנים ולשלבם בתוך דנ"א אחר, החלה תקופה חדשה גם בשדה החיסון. לא עוד שימוש בחיידק או בנגיף שלם אך מוחלש, אלא שליפה מן הפותגן של גן יחיד המקודד יצירת חלבון המעורר את מערכת החיסון, והשתלתו של גן זה בתוך תא שכשלעצמו אינו מעורר מחלה באדם או בבעלי החיים. כבר בשנת 1984 החלו מדענים לייצר חלבונים מעוררי חיסון של נגיף הצהבת מסוג B בתאי שמרים. פוטנציאל זה, יצירתם של חלבונים מעוררי חיסון, ניתן למימוש גם בצמחים. ומדוע דווקא בצמחים? ראשית משום שניתן לגדל כמויות גדולות של צמחים בזול, יחסית להשקעות במכלי מעבדה לגידול שמרים או חיידקים. ניתן גם לייצר חלבונים משרי חיסון בבעלי חיים או כתרביות של תאי אדם. ואולם זו דרך יקרה יותר, ובנוסף על כך כרוך בה סיכון שאינו קיים בצמחים: זיהום אפשרי בנגיפי חיות, או אף בחלבוני פריון, הגורמים למחלות המוח הספוגי, כגון "מחלת הפרה המשוגעת" (וראו: רות גביזון ואלברט טרבולוס - "חידת הפריונים", גליליאו 15, אביב שחק - "מי משוגע!", גליליאו 43). בנוסף לכך, צמחים רבים הם אכילים, וכך הם יכולים להוות אמצעי פשוט (וטעים ...) להבאת האנטיגן הנדרש ישירות לגוף. מי יעדיף לבלוע חיידקים יצרני האנטיגן אם אפשר לאכול במקומם בננה?

יצירת צמחים טרנסגניים (צמחים מהונדסים גנטית) הפכה בעשרים השנים האחרונות לטכנולוגיה שגרתית במיני צמחים רבים. ביטויו של גן זר בצמח יכול בעיקרון להתרחש בשתי דרכים עיקריות. האחת, החדרת הגן הזר אל תוך הגנום של תא צמחי ויצירת צמח שלם, ואף אלפי העתקים שלו, בפרק זמן קצר יחסית. בצמחים אלה הגן הזר מצטרף לחומר הגנטי של הצמח ומועבר לצאצאיו, כפי שעוברים בתורשה שאר הגנים של אותו הצמח. בעשרים השנים האחרונות פותחו מספר שיטות לביצוע העברה כזו של גנים לצמחים. אחת החשובות שבהן עושה שימוש בחיידקי אגרובקטריום - אלה משמשים להעברת גנים לצמחים דו-פסיגיים (כגון עגבניה, סויה); שיטה נוספת היא ירי גנים באמצעות "תותח גנים", המשמש בעיקר להחדרת גנים לצמחים חד-פסיגיים (כגון אורז, בננה).

גישה אחרת היא ביטוי חולף של הגן הזר בצמח על ידי הינדוס גנטי של נגיף התוקף צמחים. הנגיף שעבר הינדוס נושא את הגן הזר, והוא מדביק את הצמחים המשמשים לו פונדקאים. יתרונה של שיטה זו בעוצמת הביטוי של הגן הזר - נגיפים מתרבים במספרים גבוהים יחסית בכל תא ותא ובכך מגדילים בצורה ניכרת את רמת ביטויו של הגן הזר שהם נושאים. כמו כן, יחידות בקרת השיעתוק (פרומוטורים) של נגיפים הן לרוב חזקות ומאפשרות הגדלה נוספת ברמת הביטוי של הגן הנדרש.

ואולם צמחים מהונדסים גנטית ניתן להרבות הן בהכלאות והן באורח וגטטיבי (כגון - יצירת ייחורים), כך שגם צאצאיהם יישאו את הגן הזר ואילו בשימוש בנגיפים יש להדביק מחדש את הצמחים, מה שדורש מחדש עבודה בכל דור צמחים. בנוסף לכך, נגיפים אינם יכולים לשאת קטעי דנ"א גדולים וקטעים זרים של למעלה מ-1000 זוגות נוקליאוטידים יאבדו מהגנום של הנגיף עם הזמן.

לצמחים מהונדסים גנטית ניתן להחדיר קטעי דנ"א גדולים, העשויים אלפי זוגות נוקליאוטידים, ואף עשרות אלפים, תוך שהם ממשיכים להתקיים בצורה יציבה. באחרונה אף הופיעו דיווחים על הצלחות בהחדרת קטעי דנ"א לתוך הדנ"א של הכלורופלסטים. אם אכן תהפוך שיטה זו למקובלת, ניתן יהיה להתגבר על המספר הנמוך של העתקי הגן הזר, מאחר שמספר הכלורופלסטים בתא צמחי יכול להיות גדול (50 עד 100 כלורופלסטים בתא, ובכל אחד מהם כ-200 עותקים של מולקולות הדנ"א הכלורופלסטי).

חיסון באכילה

הרעיון של חיסון פעיל באמצעות צמחים תואר לראשונה בשנת 1992 על ידי צ'רלי ארנטסן (Arntzen) ושותפיו שהחדירו לצמחי טבק מקטע דנ"א המקודד את יצירתו של האנטיגן העיקרי שמופיע בשטח פניו החיצוני של נגיף הצהבת מסוג B; ההחדרה נעשתה באמצעות חיידקי אגרובקטריום. אולם רק בשנת 1999 נעשה ניסוי בבני אדם - שלושה מתנדבים הסכימו לאכול במשך מספר חודשים חסה מהונדסת גנטית, המייצרת את החלבון האנטיגני. שני אנשים נוספים אכלו באותה העת חסה זהה שאיננה נושאת את הגן לאנטיגן. למרות שכמות האנטיגן שנוצרה בצמחים היתה מעטה מאוד בהשוואה לרמת האנטיגן המשמשת בדרך כלל לחיסון, נמצאו בדמם של המתנדבים שאכלו חסה מהונדסת כמויות נוגדנים הנחשבות מספיקות לצורך הגנה מהנגיף. לאחרונה דיווחו על עגבניות המייצרות אנטיגן מחסן זה, ברמות הגבוהות פי עשרה מאלו שבחסה. היתרון בעגבניות הוא האפשרות לקבל מנות גדולות של חומר על ידי שתייה של מיץ עגבניות מהונדסות.

עד כה נבחרו חלבונים מעטים לניצול הרעיון של חיסון באמצעות מזון. סיבה עיקרית לכך היא העובדה שחלבונים המגיעים למערכת העיכול שלנו מתפרקים בה למרכיביהם - החומצות האמיניות, כך שאינם חודרים למערכת הדם בשלמותם. זאת בניגוד לצורת החיסון המקובלת, בה מוחדרים החלבונים או הפתוגנים המוחלשים מעוררי החיסון בהזרקה ישירות למערכת הדם.

אולם ישנם פתוגנים, כמו החיידק הגורם למחלת הכולירה, שהחיסון נגדם נעשה בדופן המעי על ידי תאים השוכנים ברירית המעי. במקרים אלה נוצרים נוגדנים (אימונוגלובולינים) מטיפוס A (IgA), המופרשים מהשכבה המייצרת אותם אל שטח הרירית. נוגדנים אלה מונעים קישור של הפתוגן לקולטנים הנמצאים בתאים המרפדים את המעי ובכך מונעים מחלה.

האם ניתן לחקות זאת על ידי חלבונים של הפתוגן? התשובה לכך היא חיובית ובמספר מקרים כבר נעשו ניסויים קליניים. כולירה היא מחלה זיהומית קשה המפילה קורבנות רבים בעולם כולו ונגרמת על ידי החיידק Vibrio cholera.

חיידק זה מפריש במערכת העיכול של החולה רעלן חלבוני הקרוי רעלן הכולירה, CT. רעלן זה נקשר לתאים במעי וגורם שלשולים, הפרשת נוזלים כה רבה עד שבהיעדר טיפול ימות החולה מהתייבשות. מתברר שרעלן הכולירה הוא חלבון הבנוי משתי תת יחידות, A ו-B. תת היחידה A היא זו היוצרת את האפקט הביולוגי בתאים, שמתבטא בשלשולים. תת היחידה B איננה משרה את סימני המחלה, אך נדרשת לשם קישור הרעלן לקולטן במעי. תת יחידה זו עשויה למעשה ממחומש של פפטידי B זהים, כל אחד בעל משקל מולקולרי של 12,000 דלטון, הקושרים את הרעלן לקולטנים בדפנות תאי המעי. חשיפת מערכת העיכול לתת היחידה Bבלבד איננה מביאה לנזק כלשהו, אך יש בה כדי לעורר את מערכת החיסון ליצירת נוגדנים, ומתברר שיצירת נוגדנים כנגד היחידה B עשויה למנוע את המחלה.

יצירת צמחים מהונדסים בהם מקודד הגן המוחדר יצירת חלבון B יכולה, אם כך, להביא לחיסון כנגד מחלת הכולירה. האומנם? כדי לבחון זאת יצרו ארנטסן וקבוצתו צמחי תפוחי אדמה המייצרים את החלבון. מצמחים טרנסגניים אלו נאספו הפקעות, נחתכו לקוביות קטנות, ובהם האכילו עכברים בניסוי מבוקר. על-פי תוצאות ניסוי זה שנעשה בשנת 1998 התברר שהעכברים שאכלו תפוחי אדמה טרנסגניים היו חסינים יחסית לעכברי הביקורת שאכלו תפוחי אדמה שאינם טרנסגניים.

כמו חיידקי הכולירה, גם זנים מסוימים של חיידק המעיים אשרשיה קולי (E.coli) יוצרים רעלן הגורם לשלשולים חריפים המסכנים את חייו של החולה. וגם במקרה זה נמצא שהרעלן עשוי משתי תת-יחידות חלבוניות כאשר זו הקרויה B איננה רעילה כשלעצמה אך משמשת לעיגון תת היחידה A לקרומיות התאים שברירית המעי. בעזרת צמחי תפוחי אדמה טרנסגניים המבטאים את הגן המקודד יצירת תת היחידה B של רעלן הקולי, ניתן היה לחזור על ניסוי מקביל לזה של חיידקי הכולירה. אכן, גם העכברים ששימשו בניסוי זה פיתחו עמידות כנגד החיידקים. אלא שבמקרה זה המשיכו החוקרים את הבדיקה ולאחר מתן האישורים הנדרשים בדקו גם את ההשפעה של תפוחי האדמה המהונדסים על בני אדם.

קבוצה אחת של אנשים קיבלה חתיכות של תפוחי אדמה מהזן המהונדס וקבוצת הביקורת קיבלה תפוחי אדמה שלא הכילו את הגן לתת היחידה B. יש לציין שכדי למנוע פירוק או שינוי מבני של החלבון לא בושלו תפוחי האדמה, כך שהמנות שבהן האכילו את האנשים היו צנועות בגודלן ולא עלו על 100 גרם בכל ארוחה. הערכת החוקרים היא שבכל מנה כזו יש כ-500 מיקרוגרם של החלבון מעורר החיסון. בניסוי זה לא נעשתה כמובן הדבקה מכוונת בחיידקים לשם בדיקת העמידות, ואולם נבדקה רמת הנוגדנים בדמם של המטופלים. ואכן, כך התברר, בחלק מהמטופלים הופיעה רמה מספקת של נוגדנים בדמם, שנחשבת לרמה מספקת על מנת להגן עליהם כנגד הידבקות בחיידקי הקולי האלימים.

בנוסף לחיידקים, יש גם נגיפים הגורמים דלקות מעיים; מבין הנגיפים הללו, הנגיף נורווק (Norwalk Virus) הוא המסוכן ביותר. הנגיף מועבר במזון ובמים וגורם לחולים סבל רב וכאבי בטן חזקים. יצירת צמחים מהונדסים גנטית המייצרים בתאיהם את חלבון הקופסית של הנגיף יכול לסייע בחיסון בני אדם ולהביא ליצירת חיסון כנגד נגיף זה.

נגיף אחר שחשוב לספר עליו הוא נגיף הכלבת.
כלבת היא מחלה קשה ביותר המועברת לאדם בנשיכה על ידי חיות נגועות כגון כלבים, שועלים ואף חתולים וחולדות. מדי שנה מתים בעולם למעלה מ-40,000 בני אדם ממחלה זו (בישראל המקרים נדירים ביותר). הנגיף, המועבר ברוק, פוגע בסופו של דבר במערכת העצבים וללא טיפול ימות החולה. חיסונים נגד כלבת כוללים במקרים רבים גם חיסון סביל: דהיינו, מזריקים לחולה נוגדנים. טיפול סביל בנוגדנים מהווה כשלעצמו בעיה משום שהגוף עלול לפתח נוגדנים כנגד הנוגדנים עצמם. יש לכן יתרון לחסן חיסון פעיל ומראש אוכלוסיות בסיכון כנגד נגיף נורא זה. לו ניתן היה לייצר נוגדנים אנושיים במערכת זרה, היה הדבר משנה באחת את הטיפול בכלבת. יש לדעת שבכל שנה ושנה מקבלים לפחות עשרה מיליוני בני אדם טיפול בנוגדנים כנגד כלבת.

ואכן גם במקרה של נגיף הכלבת הצליחו מדענים מפילדלפיה לייצר חלבון ממעטפת הנגיף (גליקופרוטאין, מרכיב של הקרומית) בצמחי עגבנייה. בניסויים קודמים התברר לחוקרים שאכן מתן חלבון זה בהאכלה חיסן בעלי חיים בפני הנגיף. עתה שוקדת הקבוצה על העלאת רמת הייצור של החלבון בצמחים, כדי להגיע לכמות שתאפשר להזין בעלי חיים באופן שיגרתי במזון שיחסן כנגד נגיף הכלבת. הצלחה תביא מן הסתם גם לניסויים קליניים בבני אדם.

נגיף שזכה לאחרונה לתשומת לב כלל-עולמית הוא נגיף הסארס, הגורם למחלת דרכי נשימה קשה שמביאה במקרים רבים אף למוות. לא מן הנמנע שבעתיד נוכל אף לאכול מזון שיחסננו מנגיף זה. בינתיים ייצרו מדענים בקולורדו שבארצות הברית צמחי עגבניה המחסנים כנגד נגיף אחר של דרכי הנשימה: RSV (Respiratory Syncytial Virus). הנגיף RSV הוא נגיף דרכי הנשימה הנפוץ ביותר בקרב פעוטות בעולם כולו ובמקרים רבים מביא גם למוות. כמו בנגיף הכלבת, גם במעטפת של נגיף זה קיימים גליקופרוטאינים שהם מועמדים לשמש כאנטיגנים המשרים יצירת חיסון פעיל. ואכן נמצא שאחד מהם, "חלבון איחוי F", מעורר יצירת נוגדנים, וניתן באמצעותו לחסן באמצעות מזון. ואכן, קבוצת החוקרים מקולורדו כבר האכילה עכברים בעגבניות המהונדסות גנטית המייצרות את החלבון F ובדמם של עכברים אלה נמצאו נוגדנים ברמה שיכולה להקנות חסינות בפני הנגיף. בקרוב יבחנו החוקרים את עמידות העכברים.

לא מעטים מבינינו סובלים סבל רב מנזקי חיידקים לשיניהם. השיניים ניצבות בחזית המגע עם המזון. חיידקי סטרפטוקוקוס מוטאנס (Streptococcus mutans) הם שגורמים לעיקר הנזקים לשיניים ולהופעת עששת, בהופכם את הסוכרים שבמזון לחומצות הפוגעות באמייל השן. המחשבה שניתן ליצור צמחים מהונדסים גנטית שימנעו עששת הוליכה את קבוצתו של ארנטסן להחדיר גנים זרים לצמחים, כך שהצמחים ייצרו נוגדנים כנגד חיידקי העששת. יש להדגיש כי בניסוי זה החיסון איננו פעיל אלא סביל, מאחר שהצמח המהונדס גנטית מייצר נוגדנים, ולא גורמים המעוררים יצירת נוגדנים בגוף; את הנוגדנים מפרישים תאי הצמח החוצה.

לאחרונה התבשרנו גם על הצלחה בניסיון לחסן כנגד מלריה. המלריה קטלה במהלך ההיסטוריה מיליונים רבים של בני אדם, והיא ממשיכה להפיל חללים רבים. מלריה נגרמת על ידי טפיל הנישא בגופה של נקבת יתוש האנופלס. חוקרים באוסטרליה דיווחו לאחרונה על הופעת חיסון כנגד מלריה בעכברים שמזונם כלל מספר חלבונים אנטיגניים. הצלחה זו מעידה לדעתם על האפשרות להנדס צמחים שייצרו את החלבונים הללו, כך שניתן יהיה להשתמש בהם כמזון מחסן כנגד המלריה.

לא רק האדם סובל ממחלות, אלא גם חיות המשק והמחמד. הספקת מזון מהונדס גנטית המעורר את מערכת החיסון של בעל החיים לייצר נוגדנים היא מטרה חקלאית חשובה ביותר. למשל, יצירת חיסון בבעלי חיים כנגד מחלת הפה והטלפיים. מחלה זו, המוכרת כבר כמה מאות שנים,היא מחלת הבקר הקשה ביותר; היא מסיבה נזקים כלכליים רבים מאוד לחקלאים. גורם המחלה הוא נגיף מחלת הפה והטלפיים (FMDV). נגיף זה מועבר על ידי חיות המשק, אך גם באמצעים מכאניים כמו כלים חקלאיים ואף על ידי אבק באוויר. אחת המגבלות העיקריות בבלימת מחלה זו באירופה היא חוסר התיאום בין המדינות השונות בנושא החיסון, עדות לכך היא התפרצותה של המחלה באירופה בשנים האחרונות. מדינות אחדות באירופה מחייבות חיסון ואחרות אינן מחסנות. לו ניתן היה לחסן את בעלי החיים בעזרת המזון, היה קל יותר להבטיח בלימה של התפרצות המחלה.

ואכן, התבשרנו לאחרונה על התקדמות של ממש בכיוון זה על ידי קבוצה ארגנטינאית בראשותו של מנואל בורקה (Borca). החוקרים החדירו מקטע של גן הנגיף לצמחי אספסת. הם הזינו עכברים באספסת המהונדסת גנטית ובשלב הראשון נבדקה רמת הנוגדנים לנגיף שהופיעה בדמם - זו אכן נמצאה גבוהה ותואמת לזו המתקבלת מהזרקתו של האנטיגן ישירות לדם. אולם עיקר ההצלחה באה בעקבות הדבקתם של העכברים בנגיף עצמו. בניסויים אלה הוכח שניתן לחסן את העכברים אמצעות האספסת, וכך למנוע את המחלה. האם גם בקר יוכל להתחסן בדרך זו? רק ניסויים מדעיים מבוקרים יוכלו לתת תשובה, אך ההצלחה בניסוי בעכברים מעודדת.

צמחים מייצרי נוגדנים

כאמור, מלבד יכולתם המוכחת של צמחים מהונדסים גנטית לייצר חלבונים אנטיגניים שמעוררים את מערכת החיסון, ניתן לייצר בצמחים גם את הנוגדנים עצמם. אלה משמשים כאמור לצורך חיסון סביל, כשיש צורך להזריק לאדם לא מחוסן נוגדנים בעת צרה. דוגמה לכך היא הכשת נחש: כטיפול מזריקים לפגוע נוגדנים כנגד ארס הנחש. נוגדנים כאלו שיוצרו בצמחים קיבלו את השם "צימחוגדנים" (plantibodies). אולם, בעוד שייצור האנטיגנים בצמחים יכול להביא לחיסון בדרך של אכילה, נשאלת השאלה מה יתרונם של צימחוגדנים ביחס לנוגדנים שנוצרו במקור אחר? התשובה היא בראש ובראשונה כלכלית. עלות ייצור חלבונים (ונוגדנים הינם חלבונים) זולה יותר בצמחים מאשר במערכות אחרות. בארצות רבות בעולם חקלאות איננה דורשת בעלי מקצוע עתירי ידע ששכר עבודתם גבוה כמו זה של עובדי תעשיות הביוטכנולוגיה.

הטכניקות המשמשות את החקלאים מוכרות להם היטב והשימוש בחקלאות כאמצעי ייצור ידוע וקיים בשטח ואיננו דורש הקמת מתקנים חדשים בעלויות גבוהות. גם המעבר מניסוי בקנה מידה קטן לייצור בקנה מידה גדול איננו בעייתי במיוחד, ואיחסון זרעים יכול להבטיח את קיום חומר הגלם הראשוני בצורה קלה בהרבה משימור עדר חיות (כפי שמוצע בשימוש בחיות טרנסגניות שיפרישו חלבונים לחלב שהן מייצרות). וכאמור, סכנת הזיהום בפתוגנים לאדם הוא נמוך בהרבה כשמדובר בצמחים.

נוגדנים משמשים כאמור לשם חיסון, אך יש להם ביקוש רב גם לצורכי אבחון. למשל, בחלק ממחלות הסרטן מוכרים לנו כיום חלבונים ייחודיים המיוצרים על ידי התא הסרטני. חלבונים אלה הם אנטיגניים, כך שניתן לזהותם באמצעות נוגדנים. הדבר מאפשר גילוי מוקדם, מה שמאפשר טיפול מתאים.

ניסויים ראשוניים בייצור נוגדנים בצמחים נעשו ב-1988. נוגדנים בנויים משתי תת-יחידות זהות בעלות משקל מולקולרי גבוה ושתי תת-יחידות זהות בעלות משקל מולקולרי נמוך יותר, וקשרי גופרית מחברים ביניהם. העובדה שגם בתא צמחי התארגנו השרשרות לנוגדן פעיל היתה חשובה ומפתיעה כאחת.

איך מחדירים לצמח את הגנים השונים הנדרשים לבניית הנוגדן? בחלק מהמקרים החדירו החוקרים את הגנים יחדיו ואילו במקרים אחרים הוחדר כל גן לצמח אחד ואחר כך, בהכלאות, צורפו הגנים יחדיו ליצירת הנוגדן השלם.

יתרון חשוב לייצור נוגדנים בצמחים הוא יכולת שמירתם לטווח ארוך באיברי אגירה צמחיים, כמו זרעים. זרעים של אגוזי אדמה (בוטנים), למשל, כוללים עד כ-30% חלבון. גם אם כמות הנוגדן מהווה רק 5% מכלל החלבון, עדיין מדובר בכמות רבה של חלבון (15 גרם לכל ק"ג בוטנים), שניתן לאחסנו ולניידו בקלות, מחיר ייצורו זול וניתן לקבלו בכל מקום בו אפשר לגדל בוטנים. כך גם ביחס לתירס, ואכן בארה"ב עתירת התירס חברות אחדות כבר החלו לייצר נוגדנים בגרגרי התירס. הצורך בניקוי הנוגדן משאר חלבוני התא ומחומרים אחרים מקשה במידה מסויימת על התהליך ומייקרו. פתרון אפשרי שאומץ לאחרונה על ידי חוקרים בריטיים הוא ייצור נוגדנים במערכות צמחים הידרופוניות, בהן שורשי הצמח אינם מעוגנים בקרקע מוצקה אלא בנוזל אליו מופרשים הנוגדנים מתוך שורשי הצמח. בעתיד, כך מקווים המפתחים, צמחים כאלה יעמדו שורות שורות כששורשיהם טובלים בנוזל הנע לאיטו אל מיכל קיבול האוסף את התוצרת ממנה ירוכז הנוגדן היקר.

אחד המוצרים המתקדמים שקרובים מאוד להפוך למוצר מסחרי הוא ה- CaroRxTM. זהו תכשיר נוגדנים המיוצר בצמחים שנקשר לחיידקי עששת השן. תכשיר זה יכול למנוע את ספיחת חיידקי העששת לשיניים וכך למנוע עששת. חברת Planet Biotechnology המייצרת אותו קיבלה כבר אישורים לבדיקתו בבני אדם; ואולי בעתיד ישתמשו בו רופאי השיניים כטיפול למניעת עששת. חברות אחרות עוסקות בייצור נוגדנים בצמחים, בין השאר נוגדנים כנגד נגיף ההרפס ומחלות מין אחרות.

הערכת האנליסטים בארצות הברית היא שחיסון סביל ופעיל הם התחומים המתפתחים במהירות הרבה ביותר בעולם המוצרים הרפואיים. הדרישות לנוגדנים מסוגים שונים תגברנה מאוד בשנים הבאות ועלויות ייצורם יהוו גורם משמעותי ביותר בתחרות בין היצרנים. האלטרנטיבה הצמחית, שעד לפני עשור נראתה זניחה ובלתי מוכרת, מהווה היום מוקד התעניינות עבור היצרנים הן כבתי חרושת זולים וזמינים לייצור החלבונים עצמם והן כמוצרים אכילים ומחסנים בעולם השלישי.

השימוש בצמחים נראה כיום מבטיח ומסקרן כאחד. אולם, כמו הרבה חידושים מדעיים בכלל וברפואה בפרט, יש לבדוק היטב גם את הסיכונים האפשריים הגלומים בטכנולוגיות המתוארות. מה תהיה ההשפעה ארוכת הטווח של חשיפתם של אוכלוסיות לאנטיגנים באופן רציף, האם עדיף אולי לנצל את הצמח רק כיצרן של החלבונים אך נתינתם תהא מבוקרת? האומנם ייהנה העולם השלישי מטכנולוגיות מתוחכמות אלו, שהרי לו בעיקר הצורך בסוג כזה של פתרון לתחלואיו? בעיות אלו ואחרות שיצוצו יקבעו במידה רבה את מימושן של הרעיונות שהועלו במאמר זה. כל שנותר לנו לאחל זה לזה כמאמר הפרסומת - קח פרי ותהיה לי בריא.



אל האסופה חידת התורשה3

ביבליוגרפיה:
כותר: חיסונים ירוקים : על חקלאות מולקולרית בשרות הרפואה
מחבר: גפני, ידידיה (פרופ')
תאריך: 2003 , גליון 62
שם כתב העת: גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה
הוצאה לאור: SBC לבית מוטו תקשורת ולאתר IFEEL
הערות לפריט זה:

1. פרופסור ידידיה גפני הוא ראש המחלקה לגנטיקה והשבחת צמחים במכון וולקני בבית-דגן.


הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית