חקר הסרטן, בדיקות בטיחות התרופות וביולוגיה של הזדקנות עשויים לזכות בדחיפה משמעותית מחיישן פלורסנט חדש שפותח באוניברסיטת אוטרכט. הכלי החדש הזה מאפשר למדענים לצפות בנזק ובתיקון ל-DNA מתפתח בזמן אמת בתוך תאים חיים. הפיתוח, שפותח את הדלת לניסויים שלא היו ניתנים לביצוע קודם לכן, מתפרסם היום בכתב העת Nature Communications.
ה-DNA בתוך התאים שלנו ניזוק כל הזמן מאור שמש, כימיקלים, קרינה או פשוט מהתהליכים הרבים שמחזיקים אותנו בחיים. בדרך כלל, התא מתקן את הנזק הזה במהירות וביעילות. אבל כאשר התיקון נכשל, ההשלכות עלולות להיות חמורות, ולתרום להזדקנות, סרטן ומחלות אחרות.
אולם עד כה, למדענים היה קושי רב לצפות בתהליכי התיקון הללו בזמן שהם קורים. רוב השיטות דרשו הרג ותיקון תאים ברגעים שונים, והציעו רק צילומי מצב של הפעולה.
חיישן נזק ל-DNA
חוקרים מאוניברסיטת אוטרכט פיתחו כעת כלי שמשנה זאת לחלוטין. הם פיתחו חיישן נזק ל-DNA המאפשר למדענים לראות כיצד נזק נוצר ונעלם בתאים חיים ואפילו באורגניזמים חיים. המחקר, שפורסם השבוע ב-Nature Communications, פותח דלת לניסויים שהיו בלתי אפשריים קודם לכן.
החוקר הראשי Tuncay Baubec מתאר את החידוש כדרך להסתכל לתוך התא "מבלי לשבש את התא". הוא מסביר שכלים קיימים, כמו נוגדנים או ננוגודים, נוטים להיקשר חזק מדי ל-DNA. לאחר החיבור, הם יכולים להפריע למכונות התיקון של התא עצמו.
החיישן שלנו שונה. הוא בנוי מחלקים שנלקחו מחלבון טבעי שהתא כבר משתמש בו. זה עובר ויורד ממקום הנזק מעצמו, אז מה שאנחנו רואים זה ההתנהגות האמיתית של התא".
Tuncay Baubec, חוקר ראשי
"זה הולך לעבוד"
החיישן פועל על ידי הצמדת תג פלואורסצנטי לתחום זעיר שהושאל מאחד מהחלבונים של התא עצמו. תחום זה נקשר לזמן קצר לסמן המופיע על DNA פגום. מכיוון שהאינטראקציה עדינה והפיכה, היא מאירה את הנזק מבלי לחסום את תהליך התיקון.
הביולוג ריצ'רד קרדוסו דה סילבה, שהנדס ובדק את הכלי, זוכר בבירור מתי הבין שיש להם משהו מיוחד. "בדקתי כמה תרופות וראיתי את החיישן נדלק בדיוק במקום שבו נדלקו נוגדנים מסחריים", הוא אומר. "זה היה הרגע שבו חשבתי: זה הולך לעבוד".
תמונה מציאותית יותר
ההבדל עם שיטות קודמות הוא דרמטי. במקום לעבוד על עשרה ניסויים נפרדים כדי ללכוד עשר נקודות זמן, מדענים יכולים כעת לעקוב אחר תהליך התיקון כולו בסרט רציף אחד. הם יכולים לראות מתי מופיע נזק, באיזו מהירות מגיעים חלבוני תיקון ומתי סוף סוף התא פותר את הבעיה. "אתה מקבל יותר נתונים, רזולוציה גבוהה יותר, וחשוב יותר, תמונה מציאותית יותר של מה שקורה בפועל בתוך תא חי", אומר קרדוסו דה סילבה.
מתאי מעבדה ועד לאורגניזמים חיים
הצוות לא עצר בתאים מתורבתים. משתפי פעולה באוניברסיטת אוטרכט בדקו את החלבון בתולעת סי elegansאורגניזם חי בשימוש נרחב בביולוגיה. החיישן פעל שם באותה מידה, וחשף הפסקות DNA מתוכנתות שנוצרות במהלך התפתחות התולעת. עבור בובק זה היה רגע מפתח. "הוא הראה שהכלי אינו מיועד רק לתאים במעבדה. ניתן להשתמש בו גם באורגניזמים חיים אמיתיים".
לגלות מה משפיע על התיקון
האפשרויות כעת נמתחות הרבה מעבר להתבוננות בתיקון. החלבון יכול להיות מחובר בחופשיות לחלקים מולקולריים אחרים. המשמעות היא שחוקרים יכולים להשתמש בו כדי למפות היכן מתרחש נזק ל-DNA בגנום, וגם לזהות אילו חלבונים נאספים סביב נקודה פגועה. הם יכולים אפילו להעביר DNA פגום למיקומים שונים בתוך גרעין התא כדי לראות אילו גורמים משפיעים על התיקון. "בהתאם ליצירתיות שלך ולשאלתך, אתה יכול להשתמש בכלי הזה בדרכים רבות", אומר Cardoso Da Silva.
מחקר רפואי מדויק יותר
למרות שהחיישן עצמו אינו טיפול רפואי, הוא עשוי להשפיע על המחקר הרפואי. טיפולי סרטן רבים פועלים על ידי פגיעה מכוונת ב-DNA של תאי הגידול. בפיתוח מוקדם של תרופות, מדענים צריכים למדוד בדיוק כמה נזק ל-DNA גורמת תרכובת.
"כרגע, חוקרים קליניים משתמשים לעתים קרובות בנוגדנים כדי להעריך זאת", אומר Baubec. "הכלי שלנו יכול להפוך את הבדיקות הללו לזולות יותר, מהירות יותר ומדויקות יותר." החוקרים גם מדמיינים שימושים בפרקטיקה קלינית, החל מחקר תהליכי הזדקנות טבעיים ועד לגילוי קרינה או חשיפה למוטגניות.
זמין לכל החוקרים
הכלי שלהם כבר משך תשומת לב. מעבדות אחרות יצרו איתם קשר עוד לפני הפרסום, להוטים להשתמש בחיישן במחקר שלהם על תיקון DNA. כדי לתמוך בכך, הצוות הפך את הכלי לזמין בגלוי. באובק: "הכל מקוון. מדענים יכולים להשתמש בו מיד".
