בתחילת אוגוסט 2026, בכתב העת Science, התפרסם מחקר משותף של חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד ומכון Arc, בהובלת סמואל קינג (King) ובראיין הי (Hie). הם תכננו בעזרת בינה מלאכותית כ-300 נגיפי חיידקים (בקטריופאגים) מלאכותיים. 16 מתוכם היו פעילים וקטלו בהצלחה חיידקי Escherichia coli.
החוקרים נתנו לבינה המלאכותית את הרצף הגנטי והמידע הווירולוגי שיש על הבקטריופאג הקטן והקומפקטי PhiX174 - הידוע כתוקף חיידקי E. coli, שאינם עמידים כלפיו.
PhiX174 הוא בקטריופאג בעל גנום DNA מעגלי חד-גדילי (ssDNA+) קטן במיוחד, באורך 5,386 נוקלאוטידים המקודדים ל-11 גנים (חלקם חופפים). הגנום ארוז בקפסיד איקוזהדרי שקוטרו כ-25 ננומטר, המורכב מ-60 עותקים של חלבון המעטפת (F) ו-60 עותקים של חלבון הזיזים (G) הנמצאים בקודקודי המבנה. בנוסף נמצאים בתוך הקפסיד 12 עותקים של החלבון H (החלבון המחדיר/המזריק DNA).
 |
| מוקדים צלולים במרבד של חיידקי E. coli - כל אחד מהם כתוצאה מהדבקה בבקטריופאג (במקרה זה בקטריופאג "למדא") צילום: דרור בר-ניר |
חלבון G של הנגיף נצמד ל-LPS (ליפופוליסכריד) של החיידקים. בעקבות הקישור משתנה המבנה של חלבוני H והם יוצרים תעלה החודרת את הממברנה החיידקית ודרכה מוחדר ה-DNA הנגיפי החד-גדילי. אנזימי החיידק יוצרים גדיל משלים ל-DNA החד-גדילי הנגיפי, וזה בתורו משמש גם כתבנית ליצירת גנומים חדשים של הנגיף במנגנון המכונה מעגל מסתובב (Rolling Circle), וגם מתועתק ממנו ה-RNA המקודדים את חלבוני הנגיף וחלבוני פיגום (עזר) המסייעים בבניית הקפסידים החדשים. הגנומים נארזים בקפסידים החדשים וחלבון נגיפי (E) מונע סינתזה חדשה של דופן התא החיידקית וכתוצאה מכך מתפוצצים החיידקים ומתאפשרת יציאת הנגיפים הצאצאים מהתא. המחזור יתחיל מחדש.
לפני שמודל הבינה המלאכותית התבקש לתכנן נגיפים חדשים, המדענים הזינו לתוכו שני סוגי מידע:
כחלק מ"אילוף" מוקדם, המודל פשוט "קרא" מאגרי ענק שהכילו מיליארדי רצפי DNA מוכרים מכלל עולם החי והנגיפים (שאינם כאלה...). כך "למד" המודל את ה"חוקים" וה"שפה" הגנטיים: אילו אותיות מתחברות נכון, כיצד נוצרים חלבונים יציבים, ואיך נראית מערכת גנטית פעילה.
לקראת המשימה הספציפית, החוקרים הזינו למודל את הגנום והמבנה של הנגיף PhiX174 כנקודת ייחוס, יחד עם הגדרות ברורות: הנגיפים המלאכותיים חייבים להיות בגודל גנום דומה, ולכלול את כל 11 הגנים החיוניים של הנגיף, וגם לאפשר מנגנון חפיפת הגנים שבו אותה מחרוזת DNA מקודדת למספר חלבונים שונים.
החוקרים גם דרשו שהחלבונים הנגיפיים יהיו שונים ברצפי החומצות האמיניות מחלבוני PhiX174, אבל שישמרו על המבנה המרחבי הדרוש לתפקודם.
המודל "פלט" עשרות אלפי רצפים פוטנציאליים. החוקרים השתמשו באלגוריתמי סינון שקבעו את מדד ההתכנות שלו - עד כמה הרצף הסינתטי שנכתב "נשמע נגיפי" ומשתלב בהיגיון הגנטי שנלמד מאלפי גנומים של נגיפים. האלגוריתם גם וידא שהגנום כולל את כל 11 הגנים החיוניים ושמנגנון חפיפת הגנים נשמר בצורה תקינה. זוהו גם אלמנטים חשובים של בקרת ביטוי של גנים, והאם גנום מתוכנן נראה "שלם" וחסר שגיאות קריטיות.
 |
בקטריופאגים רבים צמודים לדופן התא של חיידק - במיקרוסקופ אלקטרונים
302 הרצפים המובילים (כל אחד בנפרד) נבחרו לסינתוז באופן מלאכותי במעבדה. הצליחו לסנתז רק 285 מהם, ואלה הוחדרו בתהליך של אלקטרופורציה ("מכות חשמל", היוצרות חורים בממברנה) לחיידקי E. coli שהיו חסינים מפני הדבקה ל-PhiX174.
מתוך 285 הרצפים נמצאו רק 16 (5.6%) שהיו נגיפים פעילים שקטלו את החיידקים ששכפלו אותם, גרמו להם לליזיס (פיצוץ), יצאו מהם והדביקו את החיידקים השכנים - ויצרו מוקדים שקופים על מרבדי החיידקים. - זה נחשב להישג מרשים מאוד בתחום הביולוגיה הסינתטית. 16 הנגיפים הפעילים הראו כושר שרידות (Fitness) מגוון: חלקם היו חלשים בהשוואה ל-PhiX174, אך שלושה מהם היו יעילים יותר.
המחקר פותח את האפשרות הפוטנציאלית לטפל עם נגיפים (Phage Therapy) מלאכותיים כנגד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה: במקום לחפש בטבע בקטריופאגים נדירים, ניתן יהיה לתכנן נגיפים מותאמים לחיסול אותם חיידקים פתוגניים.
על אף שהמחקר התמקד בנגיפי חיידקים, היכולת לתכנן גנום של נגיף בשלמותו מציפה באופן מיידי את החשש לגבי נגיפים המדביקים יונקים (ובני אדם). מצד אחד, הטכנולוגיה עשויה לאפשר תכנון של נגיפים המיועדים לתקוף רק תאים סרטניים (נגיפים אונקוליטיים) או לשמש כחיסונים יעילים. מנגד, היא מעוררת חששות כבדים שהיכולת הזו עלולה בעתיד לאפשר יצירת פתוגנים חדשים, ש"יזלגו" מהמעבדה לסביבה או ישמשו בלוחמה ביולוגית. האם יש צורך ברגולציה קפדנית על מודלי AI גנומיים כבר עכשיו?
ומה עוד? ימים יגידו.
 |
| צילום במיקרוסקופ אלקטרונים של בקטריופגים PhiX174 מקור: ShiftFn, Wikimedia commons, 2015 |
לקריאה נוספת
המאמר המקורי - ב-Science - מאוגוסט 2026
בקטריופאגים - לקטול חיידקים זו ההתמחות שלהם - בבלוג זה - מינואר 2008
נא להכיר: phiX174 - דינה צפרירי, "גליליאו" 64, דצמבר 2003
דרור , מרתק ומעשיר.. מביא חדשנות ותקווה לריפוי מחלות קשות כגון סרטן, אך גם דאגה, כי עם כל ידע חדש צריכה לבוא אחריות להשפעות על האדם והסביבה
השבמחק