מגזין הטכניון | קיץ 2020

19 חיידקים שפותחו בפקולטה להנדסה ביו-רפואית ינטרו חומרים מסוכנים ח וקרים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית מציגים מחשב ביולוגי מורכב שנבנה בתוך תא חיידקי ומסוגל לנטר חומרים שונים בסביבה. המחשב מזהה על חומרים רעילים ואחרים, ובשלב הבא תיבחן יכולתו להתריע על דימומים בגוף האדם. מחקרם של הדוקטורנטית נטלי ברגר ופרופ’-משנה ראמז דניאל, ראש המעבדה לביולוגיה , ובשמו המלא NAR סינתטית, התפרסם בכתב העת . Nucleic Acids Research בעשור האחרון הולכות ונופלות החומות שבין ההנדסה למדעי החיים, ומהמפגש בין שתי ביולוגיה הדיסציפלינות השונות נולד מדע חדש: . הביולוגיה הסינתטית מכניסה את סינתטית ההנדסה לתוך הביולוגיה, מאפשרת לנו לתכנן ולבנות מערכות ביולוגיות שאינן קיימות בטבע ומספקת לנו ארגז כלים חדשני לתכנות מחדש של הקוד הגנטי ביצורים חיים ובהם האדם. מציגים חוקרי הטכניון ארגון NAR במאמרם ב- מחדש של המבנה הגנטי של לוציפראז חיידקי - אנזים המניע בחיידק תגובה ביוכימית המתבטאת בפליטת אור. לדברי פרופ’-משנה דניאל, “על סמך המבנה הגנטי של החלבונים המעורבים ביצירת האור בנינו מחשב ביולוגי בתוך תא חי. במחשב הזה, כמו במחשבים רגילים, פועלים מעגלים המבצעים חישובים מורכבים, רק שכאן אלה מעגלים גנטיים ולא אלקטרוניים.” לוציפראז מקודד בחמישה גנים ידועים האחראים ליצירתהאורבתאהחיידקי.עלידיפיצולהמבנההטבעי של הלוציפראז יצרו החוקרים מעגלים גנטיים שונים והחדירו אותם לתאים של חיידקי אי-קולי. התוצאה: החיידקים המהונדסים משדרים סיגנלים בעקבות פעולה חישובית בתוך התא, וכך משמשים כחיישנים (ביוסנסורים) חכמים - כלים אנליטיים לניטור ולכימות של זיהומים סביבתיים וחומרים רעילים ואחרים. פרופ’-משנה דניאל מסביר כי “כיום כבר קיימים התקנים דומים בחיידקים, אבל הם מבוססים על המערכת הקיימת (לוציפראז) כפי שהיא. אנחנו, לעומת זאת, הרכבנו מחדש את המערכת כך שתפעל באופן הרצוי לנו ותאתר את החומרים, ואת שילובי החומרים שמעניינים את המשתמש. המערכת שלנו מסוגלת להתמודד עם קלט מרובה, כלומר עם חומרים שונים בעת ובעונה אחת. את הבעיה שעמדה לפנינו - זיהוי מדויק של קלט - קשה לפתור בשלב המדידות או אחריו, והפתרון האופטימלי טמון ברמה התוך-תאית.” היישום הראשון של המערכת החדשנית נבדק, ופעל בהצלחה, בניטור חומצה נלידיקסית - חומר מסוכן הפוגע בדי-אן-איי ומניע תהליכים סרטניים. בשלב הבא יבחנו החוקרים את האפשרות לתכנת את התא החיידקי כך שיתריע על דימומים בגוף האדם. “המחקר שלנו לוקח את הביולוגיה הסינתטית צעד אחד קדימה והופך את הביולוגיה למדע מדויק ומתוכנן,” מסכם פרופ’-משנה דניאל. “העולם בכלל, והטכניון בפרט, פועלים כיום להידוק הממשק בין מדעי החיים וההנדסה. במחקר הנוכחי פיתחנו ביו- מחשב מורכב, כלומר מערכת ביולוגית מתוכנתת הממלאת משימות מורכבות. למעשה אנחנו מציגים כאן אורגניזם חדש, או מחודש, שלא נוצר בתהליך אבולוציוני רגיל אלא בתהליך הנדסי מתוכנן.” המבנה התלת-ממדי של חלבון לוציפראז האחראי לביצוע הריאקציה, ומושבות של חיידק אי-קולי הזוהרות באור כחול בחושך בעקבות הכנסת הגנים שמקודדים לכל החלבונים הנחוצים ליצירת אור