בארי שולר: גנומיקה 101

מה שקורה בגנומיקה, וכיצד המהפכה הזו עומדת לשנות את כל מה שאנו יודעים על העולם, על החיים, על עצמנו, ועל הדרך בה אנו חושבים עליהם.

אם ראיתם "2001: אודיסאה בחלל", ושמעתם את הבום, בום, בום, וראיתם את המונולית (אבן גדולה למטרות פולחן), זה היה הייצוג של ארתור סי. קלארק שהיינו ברגע מכריע באבולוציה של המין שלנו. במקרה ההוא, זה היה לקחת עצמות וליצור כלים, זאת אומרת, שהקופים שהתרוצצו להם, אכלו והזדווגו הבינו שהם יכולים לעשות דברים אם ישתמשו בכלים. כך התקדמנו לשלב הבא.

וכמו שאתם יודעים, בשלושים שנים האחרונות במיוחד היינו עדים לתאוצה בידע ובטכנולוגיה, והטכנולוגיה ייצרה לנו עוד ידע שנתן לנו עוד כלים. וראינו רגעים מכריעים רבים. ראינו את ייצור המחשבים הקטנים בשנות ה-70 וה-80, ומי חשב אז שלכל אחד יהיה לא מחשב אחד אלא אולי 20 בבית, וזה לא רק המחשב האישי אלא בכל מכשיר- במכונת הכביסה, בטלפון הסלולרי. במכונית שלכם ישנם 12 מיקרו מעבדים. אז המשכנו ויצרנו את האינטרנט שחיבר את העולם, שיטחנו את העולם.

ראינו שינויים רבים כל כך, ונתנו לעצמנו את הכלים הללו- כלים רבי עוצמה- שמאפשרים לנו לכוון את העדשה פנימה למשהו שמשותף לכולנו, הגנום.

איך הגנום שלכם היום? חשבתם על זה לאחרונה? לפחות שמעתם על זה? ייתכן ששמעתם על גנומים בזמן האחרון.

חשבתי לקחת דקה לספר לכם מהו הגנום. אם אתם שואלים אנשים, מהו מגהבייט או מגהביט? ומהו פס רחב? אנשים אף פעם לא רוצים לומר, אני לא באמת מבין את זה. אז אומר לכם בישירות. שמעתם על הדנ"א. למדתם קצת ביולוגיה. הגנום הוא תיאור כל הדנ"א באורגניזם החי. ואחד הדברים המשותפים לכל החיים הוא הדנ"א. לא משנה אם זו פטריה, אם זה עכבר, אם זה זבוב, לכולנו יש דנ"א. הדנ"א מאורגן במילים, נקרא להם: גנים וכרומוזומים.

ואז ווטסון וקריק בשנות החמישים פיצחו לראשונה את מבנה הסליל הכפול היפה שהיום אנו קוראים לו מולקולת הדנ"א. מולקולה מאוד ארוכה ומורכבת. אז התחלנו את המסע של להבין שהדנ"א הוא שפה שקובעת את המאפיינים שלנו, התכונות שלנו, מה אנו יורשים ואלו מחלות יתקפו אותנו. בדרך מצאנו שהיא מולקולה מאוד עתיקה, ושכל הדנ"א בגוף שלכם קיים כבר תקופה עצומה, מההתחלה שלנו כייצורים. ישנו ארכיון היסטורי.

ההיסטוריה של המין שלנו שוכנת בתוך הגנום שלכם, אתה כאדם יחיד, מאיפה באת, ואחורה אלפי שנים, וזה היום מתחיל להיות מובן. אך בנוסף, הגנום הוא מדריך הוראות. הוא תוכנית. הקוד של החיים. הוא זה המאפשר לכם לתפקד, שמאפשר לכל ייצור חי לתפקד. הדנ"א היא מולקולה מאוד אלגנטית. היא ארוכה ומורכבת. כל מה שצריך לדעת שישנם ארבע אותיות: A, T, C, G שמייצגים את שמות הכימיקלים. ועם ארבע האותיות הללו ניתן ליצור שפה: שפה היכולה לתאר כל דבר, וגם דברים מורכבים מאוד. הם באים בדרך כלל בזוגות, ויוצרים מילה שאנו קוראים לה זוג בסיסים. וכשחושבים על זה, ארבע אותיות, או הייצוג של ארבעה דברים, גורמים לנו לפעול.

זה בטח לא נשמע מובן מאליו, אבל תרשו לי לעבור למשהו אחר שאתם מכירים, המחשבים. תסתכלו על המסך כאן, אתם רואים תמונות ומילים, אך כל מה שיש באמת זה מספרי אחד ואפס. השפה של הטכנולוגיה היא בינרית, בוודאי שמעתם על כך מתישהו. כל מה שקורה בעולם הדיגיטלי מומר, או מיוצג על ידי אחד ואפס. אז כשאתם מאזינים לאיי טיונס או למוסיקה שלכם, זה בעצם רק אוסף של אחדים ואפסים שמתנגנים מאוד מהר. כשאתם מסתכלים על התמונות הללו, הם כולם אחדים ואפסים, וכשאתם מדברים בסלולרי, וזה הולך דרך הרשת, הקול שלכם כולו מומר לאחדים ואפסים ובאופן קסום יוצר צלילים. תראו את כל הדברים המורכבים והנפלאים שיכולנו ליצור רק על ידי אחד ואפס.

עכשיו תעלו את זה לארבע, ואתם מקבלים מורכבות רבה, ודרכים רבות לתאר מנגנונים. אז בואו נדבר על מה זה אומר. אם אתם מסתכלים על הגנום האנושי, הוא מכיל 3.2 מיליארד זוגות בסיסים. זה המון. והם מעורבבים בכל מיני צורות, שיוצרים את בן האדם שאתם. אם אתם ממירים את זה לשיטה בינארית, רק לצורך קצת השוואה, האמת שאנו קטנים יותר מתוכנת אופיס של מיקרוסופט. לא כל כך הרבה נתונים. זה גם יאמר לכם שיש לנו באגים לפחות כמו לתוכנה. (צחוק)

הנה באג בגנום שלי שנאבקתי בו זמן רב. כשאתם חולים, זהו באג בגנום שלכם. למעשה, המון מחלות שנאבקנו בהם זמן רב, כמו סרטן, לא הצלחנו לרפא כי לא הצלחנו להבין איך הם עובדים ברמה הגנומית. אנו מתחילים להבין זאת.

אז עד היום ניסינו לתקן את זה על ידי שיטה פרמקולוגית של "זרוק הכל על הקיר", שאומרת, בואו נזרוק על זה כימיקלים, ואולי נגרום לזה לעבוד. אך אם אתם באמת מבינים, מדוע תא נורמלי יהפוך לתא סרטני? מהו הקוד? מהן ההוראות המדויקות שגורמות לו לעשות את זה? אז ניתן לעבור על התהליך ולנסות לתקן ולפצח את זה. אז בשביל ארוחת הערב הבאה שלכם, הנה כמה עובדות בשבילכם.

יש לנו משהו כמו 24,000 גנים שמתפקדים. יש לנו משהו כמו 100,000-120,000 אחרים אך לא נראה שהם מתפקדים ביומיום, אך הם מייצגים את אותו ארכיון היסטורי של איך תיפקדנו כמין במשך עשרות אלפי שנים. בוודאי תתעניינו לדעת שלעכבר יש בערך את אותו מספר גנים.

לאחרונה מיפו את עינבי הפינו נואר, וגם להם יש בערך 30,000 גנים, אז כמות הגנים לא בהכרח מייצגת מורכבות או את הסדר האבולוציוני של מינים מסויימים. עכשיו, תסתכלו מסביבכם, על השכן לידכם, מלפניכם ומאחוריכם. כולנו נראים די שונים. המון אנשים יפים כאן, רזים, שמנים, גזעים שונים, תרבויות. כולנו 99.9% זהים גנטית. זוהי מאית האחוז של החומר הגנטי שעושה את ההבדל ביננו. כמות מאוד קטנה של חומר, אך הדרך שבה היא מתבטאת היא זו שיוצרת שונות אצל בני אדם ואצל מינים אחרים.

אז כעת אנו יכולים לקרוא גנומים. את גנום האנושי הראשון לקח עשר שנים ו-3 מיליארד דולר. זה נעשה על ידי ד"ר קרייג ונטר. ואז ג'יימס ווטסון - אחד ממגלי הדנ"א- מיפה גנום ב-2 מיליון דולר בחודשיים בלבד. ואם חושבים על תעשיית המחשבים ועל איך עברנו ממחשבים גדולים לקטנים ואיך הם נעשים חזקים ומהירים יותר כל הזמן, אותו הדבר נעשה במיפוי הגנטי עכשיו: אנו על הגבול של היכולת למפות גנום אנושי בחמשת אלפים דולר בשעה או חצי שעה. נראה את זה קורה בחמש השנים הקרובות.

וזה אומר, שאתם הולכים להסתובב עם הגנום האישי שלכם על כרטיס חכם. זה יהיה כאן. וכשאתם קונים תרופה, אתם לא תקנו את אותה תרופה שכולם צורכים. אתם תיתנו את הגנום לרוקח, והתרופה תיוצר עבורכם ותעבוד הרבה יותר טוב מאלו שהיו. לא יהיו לכם תופעות לוואי. אותן תופעות לוואי, שמספרים לכם בפרסומות: תשכחו מהם. הם יגרמו לכל הדברים הללו להעלם.

איך הגנום נראה? ובכן, הנה הוא. רצף ארוך מאוד של זוגות בסיסים. אם הייתם רואים גנום של עכבר או של אדם הוא לא היה נראה אחרת, אך מה שמדענים עושים היום, הוא להבין מה הם עושים ומה המשמעות שלהם. כי מה שהטבע עושה זה כל הזמן דאבל-קליק. במילים אחרות,כמה מהמשפטים הראשונים כאן, נניח שזוהי גפן: תיצור שורש, תיצור ענף, תיצור פריחה. אצל אדם, כאן למטה זה יכול היה להיות: תיצור תאי דם, התחל סרטן. עבורי יכול להיות: כל קלוריה שאתה אוכל- תאגור, כי אני מגיע מאקלים קר מאוד. עבור אשתי: תאכלי פי שלוש ואף פעם לא תעלי במשקל. כל זאת מתחבא בקוד הזה, ומתחיל להיות מובן בקצב מסחרר.

אז מה אנו יכולים לעשות עם גנומים עכשיו, כשאנו יכולים לקרוא אותם, כשספר החיים נפרש לפנינו? יש הרבה דברים. חלקם מרגשים. חלקם יפחידו אנשים: אני אומר לכם כמה דברים שיתכן ותרצו לפלוט עלי, אך זה בסדר. אז, כעת אנו יכולים ללמוד על ההיסטוריה של האורגניזמים.

אתם יכולים לעשות בדיקה מאוד פשוטה: גרדו את הלחי שלכם, ושלחו את הבדיקה. אתם יכולים למצוא מהיכן הקרובים שלכם הגיעו, אתם יכולים לעשות עץ גנטי אחורה אלפי שנים. להבין תפקודים. זה ממש חשוב. לדוגמא, להבין מדוע אנו יוצרים טרשת עורקים, מה יוצר את העמילן בתוך הגרעין, מדוע פטריות מפרקות סוכר ומיצרות פחמן דו חמצני. אנו יכולים להסתכל על מה יוצר בעיות בקנה מידה גדול יותר, מה מחולל מחלה ואיך נוכל לתקן את זה. מפני שאנו מבינים את זה, נוכל לתקן את זה, ליצור אורגניזם טוב יותר.

הכי חשוב, אנו לומדים שהטבע הגיש לנו קופסת כלים מרהיבה. קופסת הכלים קיימת. ארכיטקט הרבה יותר טוב וחכם מאיתנו נתן לנו את תיבת הכלים הזו, וכעת יש לנו את היכולת להשתמש בה. כעת אנו לא רק קוראים גנומים, אנו כותבים אותם.

החברה, "סינטטיק גנומיקס", שאני משתייך אליה, יצרה את הגנום הסינטטי הראשון לחיידק קטן, יצור פרימיטיב שנקרא מיקופלסמה-ג'ניטַליום. אם היתה לכם פעם דלקת בדרכי השתן, ככל הנראה שנתקלתם בחיידק הזה. מאוד פשוט, רק 246 גנים, אך יכולנו לסנטז את כל הגנום. אז יש לנו את הגנום ואתה אומר לעצמך, אם אני מוציא את הגנום הישן ומכניס את הגנום הסינטטי, האם הוא עושה איתחול וחי? נחשו מה? כן.

ולא רק זה. אם אתה לוקח את הגנום הסינטטי, ומכניס אותו ליצור אחר, לדוגמא פטריה, הפכת את הפטריה למיקופלסמה. זה כמו לאתחל את ה-PC שלכם עם תוכנה של מקינטוש. או ההיפך. אז על ידי היכולת לכתוב גנום ולהחדיר אותו לאורגניזם, התוכנה משנה את החומרה. וזה ממש מרחיק לכת.

בשנה שעברה הצרפתים והאיטלקים הכריזו שהם חוברים יחד וממפים את הפינו נואר. הרצף הגנטי של הפינו נואר קיים כעת במלואו. והם זיהו משהו כמו 29,000 גנים. הם מצאו נתיבים שיוצרים טעמים, אך חשוב להבין שהתרכובות הללו שמפצחים צריכות להתאים לקולטנים שעל הלשון שלנו, כדי שנוכל להבין ולפרש את הטעמים הללו.

הם גם גילו שישנם דברים רבים שאחראים על יצור הריח. הם זיהו אזורים של רגישות למחלות. הם עכשיו עוסקים בלהבין, והעבודה נמשכת, כיצד בדיוק הצמח הזה עובד, ויש כעת את היכולת לקרוא את הקוד כולו ולהבין איך הוא עובד. אז מה עושים עם זה? עם היכולת לקרוא את זה, לכתוב ולשנות את זה, אולי לכתוב את הגנום מדגימה. אז מה עושים? אחד הדברים שאפשר לעשות הוא מה שיש המכנים "פרנקן-נואר". (צחוק)

נוכל ליצור גפן טובה יותר. דרך אגב, רק שתדעו: אתם נלחצים מאורגניזמים שעוברים שינויים גנטיים. אין ולו גפן אחד בעמק הזה או בכל מקום אחר שלא עבר שינויים גנטיים. לא מגדלים אותם מזרעים. מגדלים אותם מייחורים. הם לא היו קיימים בטבע בעצמם.

אז אל תילחצו בקשר לזה. אנו עושים זאת כבר המון זמן. אז נוכל להתמקד בעמידות למחלות. נוכל להניב יותר בלי שיהיה הצורך בטכניקות חקלאיות דרמטיות או עלויות. נוכל להרחיב את חלון האקלים: נוכל לגדל פינו-נואר בלונג איילנד, השם ישמור. (צחוק)

נוכל ליצור טעמים וריחות טובים יותר. אתם רוצים קצת יותר פטל, קצת יותר שוקולד כאן או שם? כל הדברים הללו, מתקבל על הדעת שיהיה ניתן לעשות, ואני מוכן להתערב שהם גם ייעשו. אך יש כאן גם מערכת אקולוגית. במילים אחרות, אנו לא יצורים מיוחדים וקטנים שמתרוצצים- אנו חלק ממערכת אקולוגית גדולה.

למעשה - מצטער להודיע לכם- ישנם במערכת העיכול שלכם 4.5 ק"ג של חיידקים שנעים בתוך הגוף שלכם די הרבה. האוקיינוסים שורצים במיקרובים. למעשה, כשקרייג ונטר מיפה את החיידקים באוקיינוס, הוא שילש את מספר המינים הידועים על כדור הארץ בשלושה חודשים על ידי גילוי חיידקים חדשים לגמרי בשבעת המטרים העליונים. אנו עכשיו מבינים שהחיידקים הללו משפיעים על האקלים שלנו ומווסתים את הפחמן הדו חמצני והחמצן, יותר מאשר הצמחים, שתמיד חשבנו שמחמצנים את האטמוספירה.

אנו מוצאים חיידקים בכל מקום על כדור הארץ: בקרח, בפחם, בסלעים, בהתפרצויות וולקניות, זה ממש מדהים. אך תמיד גילינו, כשזה מגיע לצמחים, בצמחים, ככל שאנו מבינים ומתחילים להבין את הגנום שלהם, זוהי המערכת האקולוגית שמסביבם, החיידקים ששוכנים בשורשים שלהם, המשפיעים על התכונות של הצמחים הללו ממש כמו התהליכים המטבוליים עצמם.

אם תסתכלו מקרוב על מערכת השורשים, תמצאו המון המון מושבות חיידקים שונות. אלו לא חדשות גדולות למגדלי הגפנים. הם דואגים למים ולדשנים. וזה שוב, הדעה שלי לגבי פרמקולוגית "זרוק הכל על הקיר": אתה יודע שדשנים מסוימים עושים את הצמח לבריא יותר אז אתה שם עוד. אתה לא בהכרח יודע לפרוטרוט אלו אורגניזמים מעניקים אלו טעמים ואלו תכונות. אנו יכולים להתחיל לפתור את זה. כולנו מדברים על טרואר (מכלול של תנאי סביבה לגידול חקלאי). מעריצים של טרואר. אומרים, וואו, הטרואר שלי נפלא! כל כך מיוחד! יש לי אדמה והיא יוצרת טרואר שלא תאמין.

אתם יודעים מה, אנו מתווכחים על זה ואומרים שזה האקלים, האדמה וכולי. נחשו מה? אנו יכולים להבין מה לעזאזל זה טרואר. זה שם, מחכה למיפוי. יש אלפי חיידקים שם. קל למפות אותם: שלא כמו אדם, יש להם אלף, אלפיים גנים. נוכל לדעת מהם.

כל מה שאנו צריכים לעשות הוא לקחת דגימה, לחפור באדמה ולמצוא את החיידקים הללו, למפות אותם, לקשר אותם לתכונות שאנו אוהבים או לא אוהבים- זה רק בסיס נתונים גדול- ואז לדשן. ואז נבין מהו טרואר. אנשים מסוימים ישאלו, האם אנו משחקים את אלוהים? האם עכשיו, כשאנו מהנדסים אורגניזמים, האם אנו משחקים את אלוהים? אנשים כל הזמן שואלים את ג'יימס ווטסון- הוא לא תמיד האדם הכי פוליטיקלי קורקט- (צחוק) ואומרים, "האם אתה משחק את אלוהים?" ויש לו את התשובה הטובה ביותר ששמעתי לשאלה הזו: "ובכן, מישהו צריך". (צחוק)

אני רואה את עצמי כאדם די רוחני, בלי החלק של הדת המאורגנת, ואומר לכם: אני לא מאמין שיש משהו לא טבעי. אני לא מאמין שכימיקלים הם לא טבעיים. אמרתי לכם שאגרום לחלקכם להקיא. זה מאוד פשוט: אנו לא ממציאים מולקולות או תרכובות. הן שם. הן קיימות ביקום. אנו מסדרים מחדש דברים, אנו משנים אותם, אך אנו לא יוצרים דבר שהוא לא טבעי.

עכשיו, אנו יכולים ליצור אפקטים שליליים- להרעיל את עצמנו, להרעיל את העולם- אך זוהי רק תוצאה טבעית של טעות שאנו עושים. אז, מה שקורה כיום, שהטבע מציע לנו קופסת כלים, ואנו מוצאים שהקופסא הזו מאוד רחבה. ישנם איפשהו חיידקים שיוצרים דלק, תאמינו או לא. ישנם חיידקים- חוזרים לפיטריה. אלו הם מפעלים כימיים. המפעלים הכימיים המתוחכמים ביותר מסופקים על ידי הטבע, וכעת אנו יכולים להשתמש בהם. יש גם כמה כללים.

הטבע יאפשר לכם ל- אנו יכולים להנדס שיח ענבים, אך נחשו מה. אנו לא יכולים לגרום לשיח הענבים ליצור תינוקות. הטבע שם מערכת כללים. אנו יכולים לעבוד בתוכם. איננו יכולים לשבור אותם. אנו רק לומדים מהם הכללים. רק אשאל שאלה, אם יכולתם לרפא את כל החולי- לגרום למחלות להעלם, כי אנו מבינים איך הם למעשה עובדים, אם היינו יכולים למגר רעב על ידי יצירת צמחים בריאים ומזינים שגדלים בסביבה מאוד קשה לגידול, אם היינו יכולים ליצור אנרגיה עשירה ונקיה- יש לנו במעבדת "סינטטיק גנומיקס", יצורים חד תאיים שיכולים לספוח פחמן דו-חמצני וליצור מולקולה מאוד דומה למולקולת דלק. אז, פחמן דו-חמצני- הדבר שאנו רוצים להיפטר ממנו- לא סוכר, לא כלום. פחמן דו-חמצני, קצת אור שמש, ומקבלים ליפיד מאוד מזוקק. יכולנו לפתור את בעית האנרגיה, להפחית את הפחמן הדו-חמצני, לנקות את האוקינוסים, ליצור יין טוב יותר. אם יכולנו, היינו עושים? אני חושב שהתשובה מאוד פשוטה: לעבוד עם הטבע, לעבוד עם הכלים שכעת אנו מבינים, הוא הצעד הבא באבולוציה האנושית.

וכל מה שאני יכול לומר לכם הוא, תישארו בריאים לעוד 20 שנה. אם תישארו בריאים לעוד 20 שנה, תוכלו לראות את גיל 150, אולי 300.

תודה רבה.