עמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > ביו-טכנולוגיהעמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה > הנדסה גנטית
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכיתאוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי


תקציר
ההנדסה הגנטית מאפשרת להעביר תכונות תורשתיות מיצור אחד לאחר, ביעילות ובזמן קצר.



איך מהנדסים מזון?
מחברת: ד"ר נורית קינן


ביוטכנולוגיה והנדסה גנטית

מה המשותף למזונות הבאים: דגים עמידים לקור, יין, פלפלים בשלל צבעים ויוגורט? - המשותף הוא שכולם מטופחים ומיוצרים, תוך שימוש באמצעים ביוטכנולוגיים שונים.

האדם, כמו כל שאר בעלי-החיים, זקוק למזון לשם קיומו. בעלי-החיים אוכלים את המזון כפי שהם מוצאים אותו בטבע, והם אינם יכולים להשפיע על תכונותיו.

ובני האדם? הם למדו לטפח בעלי-חיים וצמחים המשמשים למאכל, ולבצע פעולות שונות המשפיעות על המזון המיוצר מהם: על הרכבו, על טעמו, על כמות התוצרת המתקבלת ועוד.

תחום הביוטכנולוגיה התחיל להתפתח כבר לפני אלפי שנים. היה זה כשאבותינו למדו להתפיח בצק, להתסיס שמרים ולייצר בירה, יין או גבינה. הם התבססו על הניסיון שהצטבר בייצור המזון ובעיבודו, והעבירו את הידע הזה מדור לדור.

ומה קורה בזמננו?
בעשורים האחרונים חלה התקדמות עצומה בענף הביוטכנולוגיה, והיא מתבטאת בתחום החדשני - ההנדסה הגנטית.
הנדסה גנטית היא תהליך טכנולוגי, שבו מחדירים חומר תורשתי מיצור אחד אל יצור אחר. איך עושים את זה?
בתהליך זה מבודדים גֶנים של תכונות רצויות, שמקורם ביצור חי כלשהו (צמח, בעל-חיים, חיידק וכדומה), ומעבירים אותם ליצור חי אחר. היצור שקיבל את הגנים, רוכש את התכונות החדשות ואף מעביר אותן בתורשה לצאצאיו.
טכנולוגיה זאת נמצאת בשימוש נרחב במחקר וביישומים אחרים, כגון: בתעשייה, ברפואה ובחקלאות.
איך אפשר לרתום את ההנדסה הגנטית לשיפור של מקורות המזון שלנו ולפיתוח מקורות מזון חדשים?

מה עושים בהנדסה גנטית?

על מה מבוססת ההנדסה הגנטית?
החומר התורשתי של צמחים ושל בעלי-חיים מורכב ממולקולות של DNA הנושאות את הגנים של היצור החי. אם קטע של מולקולת DNA, הנושא תכונה מסוימת, חודר מתא אחד לתא אחר ונקלט בגרעין שלו בהצלחה - התא רוכש את התכונות החדשות שהוחדרו אליו.

האם אפשר לבודד DNA הנושא גֶן של תכונה יחידה?
חוקרים גילו כי אנזימים מיוחדים (אנזימי בִּיקוּעַ), מסוגלים לקטוע את ה- DNA באתרים מסוימים. אנזימים כאלה מאפשרים "לגזור" את מולקולות ה- DNA לחתיכות, כרצוננו. כמן כן התגלו אנזימים אחרים, שמאפשרים "להדביק" באופן מלאכותי חתיכות של DNA.

כל גֶן של תכונה כלשהי, מכיל גם אזור בקרה המשפיע על פעילות הגן. אזור הבקרה הוא מעין "מתג הפעלה", המשפיע על התבטאות הגן. כלומר, הוא קובע את האיבר או את הרקמה שבהם ייווצר תוצר הגן, ואת כמות התוצר שתיווצר בתאי הגוף.

אם כך, החוקרים יכולים לזהות מקטע של DNA הכולל גֶן של תכונה רצויה, ואחר-כך הם יכולים לבודד אותו, לגזור אותו, להדביק לו אזור בקרה מתאים. ואת כל זה הם יכולים להדביק בתוך מולקולת DNA אחרת. DNA כזה, שהוחדר לו DNA ממקור זר, נקרא DNA רֵיקומביננטי.

איך מעבירים DNA הכולל את התכונה הרצויה, מיצור אחד ליצור אחר?
כדי לעשות זאת, החוקרים "מהנדסים" וירוסים, כך שיכילו את הגנים הרצויים לנו. כאשר וירוסים כאלה חודרים לתאים של יצורים חיים אחרים, הם גורמים לתאים אלה לייצר חומרים שקודם לכן לא נוצרו בהם. החוקרים הבינו כי ניתן לנצל תכונה זאת של הווירוסים ולהיעזר בה, כדי להחדיר לכל יצור נבחר תכונות רצויות, שמקורן ביצורים חיים אחרים. שיטה זאת חוסכת את הצורך לחכות עד שבטבע ייווצרו יצורים בעלי תכונות הרצויות לנו.

עתה, נפתחה בפני האדם הדרך לבצע אבולוציה מכוונת במעבדת המחקר: להשפיע על תכונות התוצרת החקלאית, להשפיע על איכות מוצרי מזון מן החי ומן הצומח, לשנות את מראה התוצרת החקלאית, ואפילו - לעשותה מגוונת יותר ומעוררת תיאבון.

איך מוודאים הצלחה?

איך אפשר לדעת אם התכונה הרצויה עברה בהצלחה לכל התאים שבניסוי? ואיך החוקרים יודעים למיין בין כל התאים רק את התאים שהתכונה הרצויה עברה אליהם?

החוקרים מצאו דרך נוחה לסמן רק את התאים שהגנים הרצויים הצליחו לחדור אליהם. הם מחדירים אל התאים, ביחד עם התכונה הרצויה, גם גן של תכונה נוספת, המסייעת לברור את התאים. גן זה נקרא "גֶן מְדַוֵוחַ". התכונה הנוספת, שתפקידה לסמן את התאים שהגנים הרצויים חדרו אליהם, יכולה להיות צבע מיוחד, עמידות לאנטיביוטיקה, לרמת מליחות גבוהה, לחום או לכל תנאי עקה אחרת.

אם הגן המדווח מקנה לתאים צבע, ניתן להבחין בקלות בתאים "שהונדסו" בהצלחה. אם הגן המדווח אחראי לתכונה של עמידות לעקה כלשהי, כגון: עמידות למלח או לאנטיביוטיקה, ניתן לחשוף את התאים שטופלו לעקה שנבחרה, על-ידי הוספת אנטיביוטיקה או מלח לתמיסות הגידול. כל התאים שלא נושאים את הגן לעמידות (וכמובן גם לא את הגן של התכונה הרצויה) מתים. כך ניתן לברור רק את התאים שעברו בהצלחה הנדסה גנטית.

השימוש בהנדסה גנטית חצה זה מכבר את גבולות הדמיון, ואפילו את דמיונם של המדענים ושל הוגי הרעיון עצמם.
כיום נערכים ניסויים בצמחים ובבעלי-חיים, שמטרותיהם: להשביח את ההרכב התזונתי של התוצרת החקלאית, להקנות לתוצרת מראה וצבע מעוררי תיאבון, לקבל תנובה גבוהה במיוחד של פירות, של ירקות ושל בשר, להאריך את חיי המדף של מוצרי מזון שונים, להקל על תהליך עיבוד המזון ועל שימורו ואפילו "להנדס" פירות וירקות באופן שיכילו חיסונים כנגד מחלות שונות, כך שאכילתם תחסוך מאתנו את הצורך לקבל זריקות לא נעימות...

החקלאות של ימינו מתבססת על ידע מדעי וטכנולוגי מתקדם ומאפשרת לשווק מוצרי איכות מתוחכמים, תוך שמירה על איכות הסביבה.

האם הכול אפשרי?

ההנדסה הגנטית מאפשרת להעביר תכונות תורשתיות מיצור אחד לאחר, ביעילות ובזמן קצר. עתה אין צורך לבצע הכלאות גנטיות, לחכות עד שהצאצאים יגדלו ויתרבו, לברור את הצאצאים המוצלחים ביותר, אשר מתאימים להמשך ההכלאות. וכך הלאה, שלב אחרי שלב...

שיטת ההנדסה הגנטית פתחה בפני החוקרים והמטפחים, ערוץ חדש: היא מאפשרת להעביר לבעל-חיים גנים מבעלי-חיים שונים או אפילו מצמחים שונים, ולהקנות לצמחים תכונות שמקורן בבעלי-חיים או בצמחים זרים.

היכולת להעביר תכונות ממין אחד למין אחר הגדילה לאין שיעור את "בנק הגנים" העומד לרשות החוקרים והמטפחים. וכך נפתחה הדרך לבצע באופן מלאכותי, מה שלא יכול היה להתרחש בטבע לעולם.

אך ההצלחות שהשיגו החוקרים בשיטות של הנדסה גנטית, עוררו בעיות שונות. סוג אחד של בעיות הן של אתיקה, של מוסר או של מגבלות דתיות, שיש לשימוש ביצורים "המהונדסים" - היצורים הטרנסגניים.

בעיה אחרת קשורה בגן המדווח. חשוב ביותר להקפיד על בחירה של תכונת הברֵרה, כך שלא תיגרמנה בעיות עתידיות בעת השימוש בתוצרת "המהונדסת". דוגמה: חוקרים חוששים כי אם נאכל מזונות שגן הברֵרה בתהליך טיפוחם הוא עמידות לאנטיביוטיקה, חיידקי מעיים אלימים עלולים לרכוש את תכונת העמידות הזו. במקרה כזה, לא נוכל להילחם בחיידקים כאלה באמצעות התרופות האנטיביוטיות המצויות בידינו, ואנו עלולים לעמוד בפני סיכון חיים ממשי.

ביבליוגרפיה:
כותר: איך מהנדסים מזון?
שם  התקליטור: על טעם ועל ריח
מחברת: קינן, נורית (ד"ר)
תאריך: 2000
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית; אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
הערות: 1. סביבת הלמידה פותחה בשיתוף פעולה בין המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי באוניברסיטת תל אביב בראשות פרופ' דן חן, מדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים בראשות ד"ר רות נוביק וד"ר ליאת בן-דוד, לבין מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית.
2. ניהול מדעי ודידקטי: ד"ר רחל מינץ.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית