עמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה
סיינטיפיק אמריקן ישראל



תקציר
בעתיד יהפכו טכנולוגיות הדור הבא את קריאת רצף הדנ"א לתהליך מהיר, זול ונגיש לכול. כשתוזל קריאת רצף דנ"א, יתעוררו שאלות חדשות לגבי השימוש במידע גנטי אישי. פרויקט הגנום האישי הוא ניסיון להתחיל לבחון שאלות אלו.



לכל איש יש גנום
מחבר: פרופ' ג'ורג' מ' צ'רץ'


בעוד פחות מעשר שנים יהפכו טכנולוגיות הדור הבא את קריאת רצף הדנ"א לתהליך מהיר, זול ונגיש לכול. שיטות אלו יגרמו למהפכה במחקר ויביאו אותנו אל פתחו של עידן הרפואה האישית. עכשיו הזמן להתכונן.

כשהופיע האינטרנט ב-1993 נדמה היה שהפך ללהיט בן לילה, שלא כמו טכנולוגיות חדשות אחרות שנקלטות בדרך-כלל בציבור רק לאחר עשור שנים לפחות. אבל האמת היא שרשת האינטרנט לא צצה בתוך שנה. היא נבנתה על גבי תשתית קיימת, כגון רשת התקשורת שנבנתה בין השנים 1965 ו-1993, וגם על גבי ההכרה הפתאומית שמשאבים קיימים, כמו המחשב האישי, עברו סף טכנולוגי מכריע.

גם חזון וכוחות שוק אחראים לפיתוח טכנולוגיות חדשות ולהתפשטותן. תכנית החלל למשל, החלה כחזון ממשלתי, ורק לאחר מכן, התעשייה שהייתה נדרשת לפיתוחה, התפתחה לכיוונים מסחריים בשל שימוש צבאי, ולשימוש אזרחי בלוויינים. כדי להתכונן למהפכה הבאה, שאולי תהיה בתחום הביוטכנולוגיה, צריך לנסות ולהבין אילו שווקים וחזון, ואילו תגליות והמצאות יעצבו את דמותה, ואילו תשתיות ומשאבים יאפשרו את קיומה.

בשנים 1984 ו-1985 הייתי אחד מתריסר חוקרים שהציעו את פרויקט הגנום האנושי (HGP) כדי לפענח לראשונה את ספר ההוראות המלא הצפון בדנ"א שלנו ליצירת בן אנוש ולתחזוקתו. מטרת הפרויקט הייתה לקרוא רצף אחד מלא של הגנום האנושי בין השנים 1990 ל-2005, עלות הפרויקט: 3 מיליארד דולר.

הצלחנו לפענח 93% מהגנום שנים אחדות לפני תאריך היעד, ולהשאיר מורשת של טכנולוגיות ושל שיטות יעילות. שכלול מתמיד של שיטות אלו גרם להפחתת מחיר הפענוח של רצף הגנים של אדם, ברמת דיוק מספקת, ל-20 מיליון דולר כיום. עם זאת, תעריף זה עדיין מגביל את האפשרות לקבוע רצפים בקנה מידה גדול, ומחייב מחקרים גדולים ויקרים.

המונח "גנום ב-1,000 דולר" מסמל את החזון שבו קביעת רצף הדנ"א תהיה זולה עד כדי כך שישתלם לאדם מן השורה לשלם עבור פענוח רצף הגנום שלו ולשמרו על גבי דיסק כדי שרופאיו יוכלו להיעזר בו. כמו כן, שיטות זולות לקביעת רצף ישפרו את איכות המידע, מכיוון שיותר מדענים יוכלו לחקור את הגנום. גם מספר הגנומים המרוצפים יהיה גדול יותר, והדבר יוכל ללמד על הבדלים בין הגנומים של אנשים בריאים ובין אלה של אנשים חולים.

יש לזכור שגנומיקה "אנושית" אינה מוגבלת לבני אדם בלבד אלא גם לסביבה המלאה בפתוגנים, באלרגנים ובחיידקים מועילים הנמצאים במזוננו ובגופנו. אנשים רבים נעזרים במפות ברומטריות. ייתכן שביום מן הימים נעזר במפות יומיות של אלרגנים ושל פתוגנים. גם תחומי הננוטכנולוגיה והביוטכנולוגיה המתפתחים במהירות יאיצו מן הסתם גילוי של חיידקים ושל חומרים "חכמים" שיהיה אפשר לרתום אותם לתהליכי ייצור שונים או לביעור ביולוגי של זיהום אוויר.

המחסום בפני יישומים אלו ורבים אחרים, ובכללם יישומים שלא עלו עדיין בדמיוננו, היה ונותר המחיר. המכונים האמריקניים לבריאות (NIH) חנכו שתי תכניות מימון ל"שיטות מהפכניות לפענוח רצף הגנום" המאתגרות מדענים להגיע אל היעד של "גנום ב-100,000 דולר" עד 2009, ול"גנום ב-1,000 דולר" עד 2014. ייתכן שהקבוצה הראשונה שתשיג יעדים אלו תקבל פרס כספי והם כבר קרובים למימוש. מבט על הגישות החדשות לפענוח גנומים המצויים בפיתוח מגלה שיש סיכוי לפריצת דרך שתייצר "גנום ב-20,000 דולר" כבר בתוך ארבע שנים, ומחדד כמה שיקולים שיתעוררו ברגע שתושג פריצת דרך זו.

סקירה כללית / מהפכות דנ"א

  • ייתכן שהפוטנציאל המלא של הביוטכנולוגיה ימומש רק כשכלי העבודה, כמו שיטות לפענוח רצף הגנום, יהיו זולים ונגישים כמו מחשבים אישיים.
  • גישות חדשות לקריאת רצפי דנ"א מוזילות את העלויות באמצעות צמצום שלבי התהליך, מזעור קיצוני של הציוד וקריאת רצף של מיליוני מולקולות בו זמנית.
  • כשתוזל קריאת רצף דנ"א, יתעוררו שאלות חדשות לגבי השימוש במידע גנטי אישי. פרויקט הגנום האישי הוא ניסיון להתחיל לבחון שאלות אלו.

להמציא מחדש קריאת גנים

גודלו של הדנ"א, מבנהו ותפקידו הם גורמים העשויים לעמוד למכשול או להפוך ליתרון בכל שיטה לקביעת רצף. גנום האדם מורכב משלושה מיליארד זוגות של מולקולות הנקראות נוקליאוטידים. כל נוקליאוטיד מכיל אחד מארבעה סוגי בסיסים המסומנים באותיות A, G, C או T, ומייצגים את האלף-בית הגנומי המקודד את המידע האצור בדנ"א. הבסיסים מסתדרים בדרך כלל בזוגות על פי חוקים נוקשים. לדנ"א מבנה דמוי סולם, וזוגות הבסיסים בונים את חווקי הסולם. בגלל חוקי הזיווג, קריאת רצף הבסיסים לאורך חציו האחד של הסולם מגלה גם את הרצף המשלים בחצי השני.

הגנום שלנו, על שלושה מיליארד הבסיסים שבו, מחולק ל-23 כרומוזומים נפרדים. בדרך כלל, לאנשים יש שתי סדרות מלאות של כרומוזומים אלו, אחת מכל הורה. הסדרות שונות זו מזו ב-0.01% מהבסיסים, כך שאפשר לומר שהגנום של כל פרט מכיל למעשה שישה מיליארד זוגות בסיסים. כדי לזהות כל בסיס ובסיס ברצף דנ"א כלשהו נדרש חיישן שיכול לזהות הבדלים בקנה מידה תת-ננומטרי בין ארבעת סוגי הבסיסים. דרך אחת להסתכל על המבנים הזעירים ולהבחין בהבדלים הדקים ביניהם היא בעזרת מיקרוסקופ המנהור הסורק (STM). אבל כדי לקרוא מיליונים או מיליארדים של בסיסים, רוב השיטות לקביעת רצף מסתמכות, בשלב זה או אחר, על כימיה.

שיטה שפיתח פרדריק סנגר בערך ב-1970 נהפכה לסוס העבודה של פרויקט הגנום האנושי והיא עדיין משמשת בסיס לקביעת רצף ברוב המקרים כיום. שיטה זו מתוארת לפעמים כקביעת רצף באמצעות הפרדה, והיא כוללת מספר מחזורי הכפלת דנ"א כדי לייצר מספר רב של עותקים מהרצף הגנומי המבוקש. במחזור האחרון נוצרים מקטעים בעלי אורכים שונים, שכל אחד מהם מסתיים בבסיס מסומן בחומר פלואורסצנטי. את הרצף של גדיל הדנ"א המקורי מקבלים באמצעות הפרדת המקטעים על פי גודלם וקריאת הסמן הפלואורסצנטי כשהוא חולף על פני קורא אופטי.

שיטת סנגר אמינה ומדויקת, אולם גם לאחר ששוכללה במשך השנים, היא עדיין איטית ויקרה. ולכן, רוב הגישות החלופיות לקביעת רצף שואפות להגביר את מהירות התהליך ולהוזיל את עלותו. בין הגישות: צמצום שלב ההפרדה האיטי, מזעור רכיבים כדי להקטין את נפח התגובות הכימיות, ובמקביל, ביצוע תגובות רבות כדי לקרוא בו זמנית את הרצף של מיליוני מקטעים.

קבוצות מחקר רבות פיתחו שיטות דומות המכונות באופן כללי "קביעת רצף באמצעות סינתזה" משום שהן מנצלות תהליכים ביוכימיים אמינים המשמשים גם יצורים חיים לשכפול ולתיקון הגנום שלהם. למשל, כשתא מתכונן להתחלק, סולם הדנ"א שלו מתפצל לגדילים נפרדים, ואנזים המכונה פולימראז נע לאורך כל גדיל. האנזים משתמש בגדיל הישן כבתבנית, ויוצר רצפים משלימים באמצעות הוספת נוקליאוטידים על פי חוקי הזיווג. אנזים אחר המכונה ליגאז מחבר את פיסות הדנ"א לגדיל משלים אחד בעודו מוודא שהן מתאימות לתבנית המקורית.

שיטות קביעת רצף באמצעות סינתזה מחקות חלקים מתהליך זה על גדיל דנ"א יחיד המשמש כתבנית לקביעת רצף. רצף תבנית הדנ"א מפוענח כשהפולימראז מוסיף בסיסים למקטע התחלתי (primer) של הגדיל המשלים, או כשהליגאז מוודא שהבסיסים המשלימים אכן מתאימים לרצף המקורי של התבנית.

יש כמה דרכים לזיהוי פעילות הפולימראז או הליגאז, אבל בדרך כלל משתמשים באחד משני סוגי סמנים. סמן אחד הוא מולקולה פלואורסצנטית המחוברת לבסיסים המתווספים, והיא מזוהה בעזרת מיקרוסקופ אופטי. קבוצות מחקר רבות משתמשות בזיהוי פלואורסצנטי הן בשיטת הוספת הבסיסים והן בשיטת קביעת הרצף בעזרת ליגאז. בין קבוצות אלו נכללות קבוצות המחקר של מייקל מצקר מאוניברסיטת ביילור, של רובי מיטרה מאוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, ושלי בבית הספר לרפואה באוניברסיטת הרווארד ובחברת הביוטכנולוגיה Agencourt Bioscience Corporation.

הסוג השני של סמנים לזיהוי הבסיסים המתווספים הם חלבונים הפולטים אור (ביולומינציה), כמו אנזים הגחלילית לוציפראז. בעזרת סמנים אלו אפשר לזהות מולקולת פירופוספאט המשתחררת כשבסיס מתווסף לגדיל המשלים. שיטה זו פיתח מוסטפה רונאגי, החוקר כעת באוניברסיטת סטנפורד. חברות הביוטכנולוגיה Biotage ו-454 Life Sciences משתמשות בשיטה זו.

בשתי השיטות יש צורך בהתרחשות בו זמנית רב-פעמית של תגובת התאמת הבסיס כדי שהאות יהיה חזק מספיק לזיהוי, וכדי שמספר עותקים רב של אותו רצף יוכל להיבחן בו זמנית. אבל מקצת החוקרים מנסים למצוא דרכים לזהות אותות פלואורסצנטים הנפלטים מגדיל דנ"א יחיד המשמש כתבנית. סטיבן קווייק מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה (Caltech) ומדענים בחברות Helicos Bioscience ו-Nanofluidics נוקטים בגישה זו שמטרתה לחסוך זמן ועלויות באמצעות ביטול הצורך לייצר עותקים רבים של תבנית הדנ"א.

זיהוי אות ממולקולה פלואורסצנטית יחידה הוא עדיין אתגר גדול. מכיוון שרק כ-95% מהאותות מזוהים, יש צורך לחולל מספר "קריאות" כדי לתקן את הטעויות שנוצרות. זו הסיבה שרוב קבוצות המחקר משכפלות תחילה את תבנית הדנ"א היחידה בעזרת תהליך הנקרא תגובת שרשרת של האנזים דנ"א פולימראז (PCR). גם לצורך תהליך זה פותחו כמה שיטות שמבטלות את הצורך להשתמש בחיידקים כדי לייצר מספר רב של עותקי דנ"א.

שיטת שכפול אחת כזו פיתח אריק קוואשימה ממכון המחקר הפרמצבטי סרונו בג'נבה, אלכסנדר שטברין מהאקדמיה הרוסית למדעים ורובי מיטרה בימים שעבד בהרווארד. בשיטה זו מייצרים מערך מושבות של האנזים דנ"א פולימראז, המכונות פולוניות (polonies), ישירות על גבי משטח של זכוכית נושאת או על גבי שכבת ג'ל. בכל פולוניה משתכפלת מולקולת דנ"א אחת בעזרת PCR, כך שנוצרים אלפי עותקים של התבנית המקורית בתהליך המזכיר גידול של מושבת חיידקים. מכיוון שקוטרה של כל פולוניה הוא מיקרון אחד ונפחה פמטוליטר אחד (10-15 ליטר), אפשר לגדל מיליארדי פולוניות על גבי זכוכית נושאת אחת.

בשיטה דומה מייצרים תחילה פולוניות על גבי חרוזים זעירים בתוך טיפות בתחליב. לאחר סיום התגובה אפשר להניח מיליוני חרוזים כאלו, שבכל אחד עותקים של תבנית אחרת, בשקערוריות נפרדות המכונות בארות, או על ג'ל, ואז לקבוע את הרצף של כולם בו זמנית.

שיטות אלו של שכפול התבנית ושל קביעת רצף באמצעות הוספת בסיסים או בעזרת ליגאז משמשות רק דוגמאות מייצגות לגישות השונות לקביעת רצף באמצעות סינתזה, הננקטות בעשרות מעבדות באוניברסיטאות ובחברות ביוטכנולוגיה.

גישה אחרת, קביעת רצף באמצעות היברידיזציה, משתמשת אף היא בפלואורסצנציה כדי לייצר אות נראה. כמו בשיטת קביעת רצף בעזרת ליגאז, גם גישה זו מנצלת את נטייתם של גדילי הדנ"א להיצמד, כלומר לעבור היברידיזציה אל הגדילים המשלימים שלהם ולא אל מקטעים בעלי רצפים שאינם תואמים. גישה זו, המיושמת על ידי החברות Affymetrix, Perlegen Sciences ו-Illumina כבר נמצאת בשימוש מסחרי נרחב, בעיקר כדי לאתר שינויים ברצפי גנים ידועים. תחילה יש לייצר רצפי דנ"א קצרים חד-גדיליים בכל צירוף אפשרי של בסיסים ולסדר אותם על גבי זכוכית נושאת גדולה. לאחר מכן מציפים את הזכוכית בתמיסה ובה עותקים מסומנים חד-גדיליים של התבנית שרצף הדנ"א שלה אינו ידוע. עותקי התבנית יעברו היברידיזציה עם הרצפים המשלימים להם, והרצפים המתאימים ביותר יזהרו באור החזק ביותר. חברת Illumina אף כוללת שלב של הוספת בסיסים במבחן ההיברידיזציה שלה.

ולבסוף, קיימת גישה אחרת לגמרי לזיהוי בסיסי הדנ"א הצופנת בחובה הבטחה גדולה לטווח הרחוק. גישה זו מכונה קביעת רצף בעזרת נקבים ננומטריים (nanopore sequencing), והיא מתמקדת בהבדלים הפיזיקליים בין ארבעת בסיסי הדנ"א כדי לייצר אות הניתן לזיהוי. כשמעבירים גדיל בודד של דנ"א דרך נקב בקוטר של 1.5 ננומטר, הגדיל גורם לתנודות במוליכות החשמלית של הנקב. כל בסיס דנ"א גורם לשינוי מוליכות מעט שונה המאפשר לזהותו. את השיטה המציאו דן ברנטון מהרווארד, דייב דימר מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז ואני, והיא נמצאת כעת בשלב הפיתוח בחברת Agilent Technologies ובחברות אחרות, המוסיפות וריאציות מעניינות כמו שימוש באות פלואורסצנטי.

הוזלת עלויות

אפשר ללמוד על יעילות שיטות הדור הבא לקביעת רצף באמצעות השוואתן זו לזו ולשיטת סנגר. לדוגמה, שתי קבוצות מחקר, זו שלי בהרווארד וזו שבחברת 454 Life Sciences, פרסמו לא מכבר מאמרים המתארים פרויקטים לקביעת רצף בקנה מידה גנומי המאפשרים השוואה ישירה.

עמיתי למחקר ואני תיארנו מערכת לקביעת רצף בעזרת ליגאז המשתמשת בפולוניות על גבי חרוזים לצורך שכפול תבנית הדנ"א ובמיקרוסקופ דיגיטלי פשוט כדי לקרוא את האותות הפלואורסצנטיים. קבוצת המחקר ב-454 Life Sciences השתמשה בשיטה דומה של PCR בתוך טיפות תחליב לצורך השכפול ובקביעת רצף בעזרת פירופוספאט בתוך מערך של בארות. שתי הקבוצות פענחו כמות דומה של בסיסים ברצף: 30 מיליון בסיסים בכל סיבוב של קביעת רצף. המערכת שלנו קראה כ-400 בסיסים בשנייה, ואילו קבוצת 454 קראה 1,700 בסיסים בשנייה. פענוח מדויק של הרצף דורש בדרך כלל כמה סיבובים של קביעת רצף והשוואת הרצפים המתקבלים. קבוצת 454 השיגה רמת דיוק של טעות אחת לכל 2,500 בסיסים לאחר 43 חזרות, כלומר לאחר 43 סיבובי קריאת רצף לכל בסיס. הקבוצה מהרווארד הגיעה לרמת דיוק של פחות מטעות אחת לכל שלושה מיליון בסיסים עם שבע חזרות. שתי הקבוצות השתמשו בחרוזים שעליהם קובעה תבנית הדנ"א. גודל החרוזים משפיע על כמות חומרי הגלם היקרים הנצרכים במהלך פענוח הרצף. קוטר החרוזים שלנו היה מיקרון אחד, ואילו 454 השתמשו בחרוזים בקוטר 28 מיקרון בתוך בארות בנפח של 70 פיקוליטר.

העלות של השיטות המוצלחות ביותר המצויות כיום לקביעת רצף בעזרת אלקטרופורזה היא כ-150 בסיסים לדולר עבור רצף "מוגמר". קבוצת 454 לא פרסמה את עלויות הפרויקט שלה, אבל קבוצת הרווארד השיגה עלות של דולר אחד ל-1,400 בסיסים, כלומר הוזלת עלויות של פי תשעה.

שיטות אלו ואחרות צפויות להוזיל בקרוב את העלות של פענוח גנום אנושי בן שישה מיליארד בסיסים לכדי 100,000 דולר. כדי להמשיך ולהוזיל עלויות יש להתחשב בכמה גורמים בסיסיים. מכיוון שכל המערכות משתמשות היום במכשור אוטומטי, ההוצאות הגדולות ביותר הן על כימיקלים ועל ציוד. שיטות המזעור כבר הפחיתו את השימוש בכימיקלים פי מיליארד יחסית לשיטת סנגר הרגילה, בשל הקטנת נפח התגובה ממיקרוליטרים לפמטוליטרים.

מכשירי הדמיה אנליטיים רבים יכולים לאסוף נתונים גולמיים בקצב של מיליארד ביטים (גיגביט) לדקה, ומחשבים מסוגלים לעבד את המידע בקצב של כמה מיליארדי פעולות בשנייה. לכן, עלות ההפעלה של מכשיר הדמיה תהיה גבוהה יותר אם פעילותו תוגבל בתהליך פיזי או כימי איטי כמו אלקטרופורזה או כמו תגובה אנזימטית, או בתהליך שאינו חסכני במרחב ובזמן, והגורם ל"בזבוז" פיקסלים.

שיקול נוסף בהערכת שיטות חדשות לפענוח רצף הוא השימושים המיועדים להן. שיטות חדשות נוטות לקרוא מקטעי רצף קצרים של חמישה עד 400 בסיסים בכל סיבוב, בניגוד לשיטת סנגר שיכולה לקרוא 800 בסיסים. לכן קשה יותר לפענח גנום בלתי מוכר באמצעות סידור אוסף המקטעים שהתקבלו אם משתמשים בשיטות החדשות. אך אם השימוש הוא רפואי בעיקרו, נצטרך למעשה לקבוע מחדש את רצף הגנום האנושי המוכר לנו כבר, כדי לחפש שינויים קלים ברצף הדנ"א של אדם זה או אחר. במקרה כזה, מקטעי הרצף הקצרים אינם מהווים בעיה רצינית.

גם רמת הדיוק תלויה ביישום הנדרש. לצורך אבחון אפשר שתידרש רמת דיוק גבוהה מזו שהושגה על ידי פרויקט הגנום האנושי (שיעור שגיאות של 0.01%), משום שרמת דיוק זו עדיין מאפשרת 600,000 טעויות לגנום אנושי אחד. בקצה השני של הקשת, דגימה אקראית של הגנום ברמת דיוק נמוכה (שיעור שגיאות של 4%) התגלתה כיעילה לצורך גילוי וסיווג סוגים שונים של מולקולות רנ"א או של רקמות. גישה אקראית דומה מיושמת לצורך דגימות אקולוגיות, כשאפילו 20 זוגות בסיסים יכולים להספיק כדי לזהות אורגניזם מסוים במערכת אקולוגית.

להעלות את הערך

אך מעבר לפיתוח שיטות חדשות אלו, כשעידן "הגנום הזול" עומד בפתח, והזמן קצר והמלאכה עדיין מרובה, יהיה צורך בתוכנות כדי לעבד את הרצף ולעשותו נגיש לרופאים. הרופאים יזדקקו לשיטה שתאפשר להם להכין רשימה אישית לכל חולה שתכלול את השינויים הגנטיים החשובים ביותר. וכמו כן, יהיה צורך להעריך את ההשפעה שתהיה לשיטות אלו על האוכלוסייה כשיהיו נגישות לכול.

כבר עם הקמתו ייסד פרויקט הגנום האנושי תכנית בעלות שנתית של 10 מיליון דולר לבחינת הבעיות האתיות, החוקיות והחברתיות שיתעוררו עם פענוח רצף הגנום האנושי. המשתתפים בפרויקט הסכימו שכל המידע יפורסם לציבור הרחב כבר שבוע לאחר גילויו, ונאבקו למנוע ניסיונות למסחר את הטבע האנושי. כמו כן, נעשו מאמצים להגן על אנונימיות הגנום הציבורי (ה"גנום האנושי" הוא למעשה תצרף כרומוזומים של כמה אנשים). אבל רבות מהשאלות החשובות נותרו עדיין ללא מענה. כמו למשל, איך להבטיח פרטיות ושימוש הוגן במידע הגנטי האישי על ידי מדענים, חברות ביטוח, מעסיקים, בתי משפט, בתי ספר, סוכנויות אימוץ, הממשלה או אנשים פרטיים הנדרשים לקבל החלטות רפואיות או להחליט אם להביא ילדים לעולם.

יש לבחון שאלות קשות וחשובות אלו באותה רצינות שבה נחקרים ההיבטים הטכנולוגיים והביולוגיים של הגנומיקה האנושית. לכן, עמיתי ואני יזמנו פרויקט גנום אישי, כדי לחקור את הסיכונים והיתרונות האפשריים של החיים בעידן הגנומיקה האישית.

כשאנחנו משקיעים במניות, בנדל"ן או ביחסים אישיים, אנו מבינים שדבר אינו בטוח. אנו חושבים על סבירות הסיכונים לעומת הרווחים ומבינים שהשוק, כמו החיים, הוא דבר מורכב. איש לא דמיין את המהפכה הכלכלית, החברתית והמדעית שגרמו הטכנולוגיות הדיגיטליות האישיות. באופן דומה, עלינו להתכונן לשינויים מפליגים שיתרחשו ככל שיתרבו רצפי הגנום שבידנו.

פרויקט הגנום האישי

כל התינוקות הנולדים כיום בארה"ב עוברים בדיקה לגילויה של לפחות מחלה גנטית אחת, פֶנילקֶטוֹנוריה, בטרם יעזבו את בית החולים. שינויים בגן המכונה EGFR נבדקים בחלק מהחולים בסרטן ריאות כדי לראות אם הם צפויים להגיב לתרופה אירֶסָה. השימוש בבדיקות גנטיות הבודקות את יכולת הגוף לפרק תרופות נוספות הולך וגובר כדי לקבוע את מינון התרופה. אלו הם הניצנים של הרפואה האישית, שתתאפשר כשפענוח הגנום האישי יהפוך לזול ולזמין.

בנוסף לשיקולי בריאות, אנו מתעניינים גם באילן היוחסין שלנו. האם אנחנו קרובים של ג'ינגיס חאן או קרובים זה לזה? אנו רוצים לדעת אילו יחסי גומלין בין הגנים השונים שלנו או בין הגנים לסביבה עיצבו את פנינו, את גופנו ואת אופיינו. יהיה אפשר לפענח חלק מהמסלולים המורכבים הללו כשיהיו בידנו אלפים או מיליונים של גנומים ופנומים אישיים. הפנום (phenome) הוא אוסף התכונות הנובעות ממערכת ההוראות המקודדת בגנום.

אבל התרחיש שעל פיו ייהפך פתאום מידע אישי חדש זה לזמין לכל מעורר גם חששות לשימוש בלתי הולם שיעשו בו חברות ביטוח, מעסיקים, רשויות לאכיפת חוק, חברים, שכנים, חברות מסחריות או פושעים.

איש אינו יכול לחזות איך ייראה עידן הגנומיקה האישית לפני בואו. משום כך יזמנו לא מכבר עמיתי ואני, את פרויקט הגנום האישי (PGP) שהוא הצעד הטבעי הבא לאחר פרויקט הגנום האנושי. אנו מקווים שהוא יאפשר לנו לחקור את היתרונות ואת הסיכונים שבגנומיקה האישית בעזרת מתנדבים, שיסכימו לחשוף בציבור את המידע לגבי הגנום והפנום שלהם.

מאגרי מידע אלו יכללו רצפי גנום מלאים (46 כרומוזומים), מידע רפואי דיגיטלי, וכן מידע שאולי יהיה בעתיד חלק מהתיק הרפואי האישי, כגון מידע מקיף על רנ"א ועל חלבונים, מידות גוף ופנים, והדמיות בתהודה מגנטית (MRI) או הדמיות חדשניות אחרות. אנו גם נייצר שורות תאים אנושיים המייצגות כל מתנדב ונפקיד אותן בבנק התאים קוריאל במכון האמריקני למדעי הרפואה הכללית. מטרתנו היא שכל המידע הזה יהיה זמין לכול, ובכך יאפשר לכל אחד להיעזר בו כדי לבחון ולייצר השערות מדעיות ותוכנות מחשב.

מקרה שקרה לאחרונה מספק דוגמה פשוטה לעתיד לבוא. מספר רשומות רפואיות של ה-PGP המכילות נתונים שלי, כבר זמינות לציבור באופן מקוון. המטולוג בצד השני של היבשת הבחין בהן אף הודיע לי בעזרתן שהיה עלי לעשות זה מכבר בדיקה חוזרת של יעילות התרופות להורדת כולסטרול שאני נוטל. בזכותו שונה מינון התרופות שלי וההמלצות התזונתיות, ובכך ירדה במידה ניכרת סכנתו של לפחות גורם סיכון אחד בחיי. בעתיד, אירועים כאלו לא יסתמכו מן הסתם על המזל, אלא על תעשייה חדשה של תוכנות גנומיות.

ה-PGP אושר על ידי ועדה פנימית של בית הספר לרפואה בהרווארד, ויש ליידע את המשתתפים על סיכונים אפשריים לפני הצטרפותם לפרויקט כנהוג בכל מחקר בבני אדם. כל מתנדב שיגויס ל-PGP יוכל גם לקרוא על חוויותיהם של משתתפים קודמים לפני שייתן את הסכמתו. טיבו הגלוי של הפרויקט, ובכלל זה זיהוי מלא של המשתתפים, מסוכן פחות הן למשתתפים והן לפרויקט מאשר הבטחת פרטיות, שיש בה סיכון לדליפת מידע או לפריצת המאגרים על ידי האקרים.

הפתיחות של ה-PGP מעודדת תגליות מדעיות, בדיוק כמו מדיניות הגישה החופשית למידע שנקטו בפרויקט הגנום האנושי. מלבד היותו משאב מדעי, הפרויקט משמש ניסוי בגישה חופשית לציבור ובכיסויי הביטוח. בשלבים המוקדמים של הפרויקט, יעזרו תורמים פרטיים לבטח מגוון של מתנדבים מפני אירוע אפשרי של אפליה על רקע גנטי בשל ה-PGP. למנגנון התנדבותי יש יתרון משום שהוא אינו חייב להיות רווחי בשלבי ההתחלה, ובכל זאת סביר שחברות הביטוח יתעניינו מאוד בתוצאותיו.

אפשר למצוא פרטים על ה-PGP באתר Personal Genome Project



אל האסופה חידת התורשה3

ביבליוגרפיה:
כותר: לכל איש יש גנום
מחבר: צ'רץ', ג'ורג' מ' (פרופ')
תאריך: אפריל מאי 2006 , גליון 22
שם כתב העת: סיינטיפיק אמריקן ישראל
עורכי כתב העת: אייזנברג, אלי  (ד"ר) ; מנס, אלכסנדר  (ד"ר)
הוצאה לאור: אורט ישראל. המינהל למו"פ ולהכשרה
הערות: 1. סיינטיפיק אמריקן ישראל יוצא לאור על ידי אורט ישראל, וביוזמתו של הרצל לאור.
הערות לפריט זה: 1. ג'ורג' מ' צ'רץ' (Church) הוא פרופסור לגנטיקה בבית הספר לרפואה באוניברסיטת הרווארד, מנהל מרכז הרווארד-ליפר לגנטיקה חישובית, המעבדה לטכנולוגיה גנומית של משרד האנרגיה האמריקני, ומרכזי המצוינות במדע הגנום של המכונים האמריקניים לבריאות. מחקרו מקיף ומשלב שיטות לאנליזה ולייצור של מולקולות ביולוגיות ושל תאים. בבעלותו 10 פטנטים אמריקניים והוא משמש יועץ מדעי ליותר מ-20 חברות.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית