מחצית פרס נובל בכימיה 2018. - אבולוציה מכוונת במצג נגיפי

ב-3 באוקטובר, הוכרזו הזוכים בפרס נובל לכימיה לשנת 2018. נושא המסגרת של הפרס השנה היה הנדסת חלבונים בשיטה המכונה אבולוציה מכוונת (directed evolution). מחצית הפרס הוענקה לג'ורג' סמית מאוניברסיטת מיסורי שבארצות הברית, ולסיר גרגורי וינטר מאוניברסיטת קיימברידג' באנגליה, על תרומתם לנושא באמצעות שימוש במעטפת החלבונית של נגיפי חיידקים - פיתוח המכונה "מצג נגיפי".

 סיר גרגורי וינטר (מימין - צילום: Aga Machaju/wikimedia commons)
 וג'ורג' סמית (משמאל - צילום: University of Missouri)

לפני שנתחיל בהסבר, חשוב להזכיר שנגיפי חיידקים רבים (בקטריופגים, Bacteriophages, ובקיצור Phages) מורכבים מקופסית חלבונית המכילה את החומר התורשתי (ולפעמים גם תוספות נוספות, כמו זנב אופייני שמתפקד כמזרק....).

ג'ורג' סמית פיתח ב-1985 את ה"מצג הנגיפי" - הוא שילב בקופסית החלבונית של נגיפים שונים, בשיטות של הנדסה גנטית, חלבונים זרים מסוגים שונים. המגבלה העיקרית בשיטה שהוא פיתח הייתה של של גודל - ולכן משלבים לעיתים רק חלקים של חלבונים. חלבונים אלה, או חלקי החלבונים, בולטים כלפי חוץ, וכך הם יכולים להגיב עם סביבתם.

חלבונים אחראים על המבנה, הביוכימיה והפיזיולוגיה בכל היצורים החיים והם התפתחו והשתנו בתהליכים אבולוציוניים, מאז ראשית החיים (לפני למעלה מ-3.7 מיליארד שנה). התהליך הממושך כולל השתנות אקראית של החומר הגנטי המקודד לאותם חלבונים, וברירה טבעית של החלבונים המותאמים יותר. נעשו ניסיונות רבים לחקות את התהליך במעבדה, על סמך הכרות (לא תמיד מלאה) עם המבנה והתפקוד של חלבונים שונים. נסיונות רבים כשלו, עקב המורכבות המבנית הרבה של החלבונים.

פרנסיס ארנולד (Frances H. Arnold), שקיבלה את המחצית השנייה של הפרס, פיתחה בשנות השמונים של המאה הקודמת את תהליך האבולוציה המכוונת, בה בעזרת מוטגנזה היא שינתה באקראי אנזימים (חלבונים בעלי פעילות קטליטית) במבחנה, ובררה מבין המוטנטים את אלה היעילים ביותר מבחינתה.

גרגורי וינטר שילב את שיטת האבולוציה המכוונת של פרנסיס ארנולד, ואת הפלטפורמה של ג'ורג סמית - המצג הנגיפי. הוא הפעיל מוטגנזה על נגיפים מהונדסים, שבמעטפת שלהם שובטו נוגדנים מסויימים, ובתהליך של אבולוציה מכוונת הצליח לייעל את פעילותם ולפתח את התרופה adalimumab, שאושרה לשימוש ב-2002 לטיפול בדלקת פרקים, בפסוריאזיס, ובדלקות במעי.

אבולוציה מכוונת במצג נגיפי
המקור: Johan jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

מאז, השיטה הופעלה כדי לייצר נוגדנים המנטרלים רעלנים, נוגדנים המנטרלים חיידקים הגורמים למחלות זיהומיות, נוגדנים המפחיתים תסמינים של מחלות אימוניות, ואף נוגדנים המצמצמים גידולים סרטניים.

פורסם גם באתר הפייסבוק של מדעי החיים באוניברסיטה הפתוחה.