מגזין הטכניון | קיץ 2022

חקר המשלב ידע ביולוגי וכלים חדשים ממדעי המחשב הוביל לגילויים הנוגעים לייצור חלבונים בריבוזום - ״מפעל החלבונים״ של התא. את המחקר הובילו פרופ’ אלכס ברונשטיין, ד”ר איילי מרכס והדוקטורנט אביב רוזנברג מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב והוא התפרסם בכתב העת . Nature Communications בתאי הגוף החי קיימים מיליוני ריבוזומים, שהם מנגנונים ביולוגיים המייצרים חלבונים - מולקולות המשמשות בתפקידים מרכזיים כמעט בכל מנגנון ביולוגי. בתהליך הקרוי ״תרגום״, הריבוזום קורא את ההוראות ליצירת חלבונים המגיעות מהגנים ומרכיב את החלבונים על ידי בניית שרשרת של אבני בניין הנקראות חומצות אמיניות. תוך כדי היווצרותו בריבוזום מתחיל החלבון להתקפל למבנה תלת-ממדי ייחודי המקנה לו את תכונותיו הביולוגיות ומאפשר את תפקודו. פגמים בתהליך התרגום או הקיפול עלולים להוביל להפרעות פיזיולוגיות קלות וחמורות כאחת. שחקנים מרכזיים בתהליך התרגום הם הקודונים - רצפים של שלוש אותיות בסדרה הגנטית המגדירים אילו חומצות אמיניות יחבר הריבוזום בכל מקום , לדוגמה, מורה לריבוזום לחבר UUU בשרשרת. קודון UAC את החומצה האמינית פנילאלנין, ואילו קודון מורה לו לחבר טירוזין. כך מקודד רצף הקודונים את סוג החלבון שייבנה, שכן לכל חלבון רצף ייחודי של חומצות אמיניות. מילון ההמרה מקודונים לחומצות אמיניות, המכונה גם ״הקוד הגנטי״, משותף לכל היצורים החיים על פני כדור הארץ ולכן נחשב למנגנון קדמון מאוד מבחינה אבולוציונית. 61 אם כל זה לא מסובך מספיק, הרי בקוד הגנטי יש חומצות אמיניות. במילים 20 קודונים המקודדים רק אחרות, כמעט לכל חומצה אמינית קיימים כמה קודונים שונים. 60- כאן נכנס לתמונה המחקר הנוכחי. כבר בשנות ה התקבעה הסברה - על בסיס ניסויים רבים 70- וה - כי החלבון אינו “זוכר” מאיזה קודון נוצרו החומצות האמיניות שלו. איך בדקו את זה? שיטחו חלבונים מוגמרים, תלת-ממדיים, התבוננו כיצד הם חוזרים לצורתם התלת-ממדית המקורית, ולא מצאו הבדלים בין החלבון המקורי לחלבון המקופל שנית. משמעות הדבר, כך סברו, שרק רצף החומצות האמיניות ולא רצף הקודונים הספציפיים אחראי למבנה החלבון. קבוצת המחקר הטכניונית גילתה שסברה זו אינה מדויקת. החומצות האמיניות והחלבון, מתברר, עשויים לזכור את הקודון שקודד את היווצרותם. החוקרים ניתחו אלפי מבנים תלת-ממדיים של חלבונים באמצעים כלים ייעודיים שפיתחו, המשלבים שיטות מתקדמות ממדעי המחשב, למידת מכונה וסטטיסטיקה. כך הם השוו במדויק את פילוגי הזוויות הנוצרות במבנים אלה תחת קידודים גנטיים שונים. הממצאים מראים שעבור בין מחשוב לגנטיקה 16 מ זוכר החלבון שילוב של ביולוגיה ומדעי המחשב הוביל לגילויים חדשים הנוגעים לייצור ד”ר איילי מרכס פרופ’ אלכס ברונשטיין אביב רוזנברג https://www.nature.com/articles/s41467-022-30390-9 למאמר: