נגיפים מסוכנים

חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה ומאוניברסיטת חיפה פיתחו שיטה המשלבת כלים ביוטכנולוגיים וחישוביים למעקב מדויק אחר התפתחות של מוטציות שעשויות להיות מסוכנות לאנושות בנגיפים כדוגמת הנגיפים הגורמים לאיידס, לסארס ולפוליו.

במחקר שפורסם בכתב העת Nature הראו החוקרים כיצד אפשר לעקוב אחר התפתחות מוטציות מסוכנות בנגיף הפוליו: מתוך כ־100 מוטציות "חשודות", סימנו החוקרים את חמש המוטציות עם הסיכויים הגבוהים ביותר להתברר כמסוכנות. צמצום אפשרויות זה סייע לחוקרים להצביע על חלבון ספציפי שייצורו מקודד על ידי הגנום של הנגיף ושמוטציות אלה משפיעות עליו.

החוקרים מצליחים למצוא את הנגיפים המסוכנים
צילום: שאטרסטוק

"השיטה היא למעשה פיתוח של כלי חדש במדע, מעין 'מיקרוסקופ' שמאפשר לחוקרים לעקוב כבר במעבדה אחר התפתחות מוטציות שעלולות להיות מסוכנות. דבר זה יכול לאפשר לנו לפתח טיפול תרופתי, לעתים זמן רב לפני שהמוטציה המסוכנת התפתחה בקרב בני האדם", אומר ד"ר ליאוניד ברודסקי ממרכז טאובר לביואינפורמטיקה באוניברסיטת חיפה, שהיה מהמשתתפים במחקר. השיטה שפותחה היא זיווג של פיתוח טכנולוגי שנעשה באוניברסיטת קליפורניה בארצות הברית עם שיטת חישוב סטטיסטית שפותחה באוניברסיטת חיפה. הצד הטכנולוגי משפר את היכולת לקרוא את הרנ"א (מכאן הדימוי למיקרוסקופ, המאפשר לראות בעצם את מה שאי אפשר לראות בלעדיו); והצד שמתחום הביואינפורמטיקה מצמצם את מספר המוטציות החשודות כמסוכנות בשיטות סטטיסטיות מורכבות. השיטה החדשה מאפשרת "לנקות את כל הרעשים" – מוטציות לא מסוכנות – ולבחון אילו מוטציות עלולות להיות מסוכנות מתוך רשימה מצומצמת.

הגנום של נגיפים המתבססים על רנ"א כחומר גנטי – בהם נגיפי איידס, סארס (SARS) ופוליו, וכן נגיפי קדחת הנילוס המערבי, החצבת והשפעת – מתפתח במהירות, ומתאים עצמו למערכת החיסון האנושית בצבירת מספר רב של מוטציות. במקרים של מוטציות רדיקליות נדירות, שינוי זה יכול למשל לאפשר לנגיף שהיה מותאם אך ורק לחרקים להתאים עצמו לבני אדם ולהדביקם באמצעות עקיצת יתוש (כך התפשטה קדחת הנילוס המערבי). חקר מסלולי ההתפתחות של אותן מוטציות אגרסיביות קריטי להגנה על האנושות מפני מגפות מסוכנות, בהן מגפת הפוליו שחזרה לכותרות בישראל. אולם מחקר זה כרוך בקושי רב: הטכנולוגיה הקיימת כיום טועה פעמים רבות בקריאה של הרנ"א ואינה יודעת להבחין בוודאות במוטציות אמיתיות. בעיה קריטית נוספת היא שהטכנולוגיה הנוכחית לא יודעת להבחין בין מוטציות לא מסוכנות לבין המוטציות הנדירות שמסכנות את האדם.

נמצאה הדרך למנוע מגפות?
צילום: שאטרסטוק

מיקרוסקופ מזהה מוטציות

פרופ' ראול אנדינו ואשלי אסבדו מאוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו פיתחו טכנולוגיה חדשה ל"קריאה" של הגנום, שמאפשרת להבדיל בין הטעויות שבמכשירי המדידה הקיימים לבין המוטציות האמיתיות. חלקו השני של הפיתוח מתבסס על שיטה חישובית חדשנית שפיתח ד"ר ברודסקי במרכז טאובר לביואינפורמטיקה באוניברסיטת חיפה, המסוגלת לזהות את המוטציות הנדירות שעלולות להוות סכנה לאנושות.

במחקר עקבו השלושה באמצעות הפיתוח החדש אחר נגיפים של פוליו. כל כמה ימים נדגמו מיליון גנומים של נגיפים – שידוע כי עברו מוטציה – מתוך תרבית של תאים אנושיים הנגועים בנגיף הפוליו, והושמו תחת "המיקרוסקופ" החדשני. בעזרת היכולות הטכנולוגיות המשופרות של CirSeq הצליחו לזהות אילו מוטציות אינן הופכות את הנגיף למסוכן, ואילו מוטציות מקנות לו יתרון יחסי מבחינת קצב השכפול שלו לעומת נגיפים אחרים (הטכנולוגיה החדשה מאפשרת את מדידת קצב השכפול של הנגיף עבור כל מוטציה). ואולם, גם בשלב זה היו עדיין כ־100 מוטציות מסוכנות אפשריות, זאת מכיוון שהמדידה לא מזהה באופן ודאי את קצב השכפול המדויק, ולכל מוטציה יש "מרווח טעות" שמתאר את טווח הקצבים האפשריים – שיכול להיות גדול או קטן מהערך שהמכשיר מדד. ריבוי המוטציות שיכולות להיות אגרסיביות – כ־100 מוטציות כאמור – ואי הוודאות בשאלה עד כמה הן מסוכנות באמת, גורמים לכך שלמעשה אי אפשר לקבוע באיזו מוטציה כדאי להשקיע מאמצים מחקריים. בשלב זה נכנסה שיטתו של פרופ' ברודסקי לפעולה. בעזרת שיטות סטטיסטיות ומתמטיות הוא הצליח לחשב את "מרווח הטעות" ולהראות לאילו מוטציות יש מרווח טעות קטן ולאילו מרווח טעות גדול, ובכך לכוון את החוקרים לכיוון המוטציות שלהן הסיכוי הגדול ביותר להיות מסוכנות. שיטת סינון זו אפשרה לחוקרים להצביע על חמש מוטציות מסוכנות בלבד. מבדיקה נוספת התברר שכל חמש המוטציות הללו היו קשורות לחלבון P2B של הנגיף, חלבון שבין היתר נוטל חלק בתהליך השכפול למוטציות חדשות. ממצאים אלה מעידים על תקפות השיטה ויכולים לסייע לחוקרים להתמודד עם הנגיף ולפתח תרופות לחלבון הספציפי.

זו הפעם הראשונה שזוהתה התפתחות של זנים בעלי פוטנציאל להיות מסוכנים בתנאי מעבדה, הרבה לפני שהם התפתחו בטבע והחלו לפגוע בבני אדם. "עד היום לא יכולנו לדעת כמה זנים חדשים ומסוכנים יש, כי לא ידענו כיצד לזהות אותם. פעמים רבות נעשה הזיהוי הראשוני רק לאחר שאנשים לקו בנגיף והחלו להיפגע. כעת, בעזרת השיטה החדשה, נוכל אולי להיות מוכנים עם טיפול מתאים מראש", ציין ד"ר ברודסקי.