הגדרה מולקולרית להתפתחות העובר

המחקר הבין-יבשתי, שנערך בראשות פרופ' איתי ינאי מהטכניון, רואה אור בכתב העת Nature

כתב העת Nature פירסם מחקר רחב היקף בראשותו של פרופ' איתי ינאי מהפקולטה לביולוגיה בטכניון. המחקר, שנערך בכמה יבשות, מציג לראשונה הגדרה מולקולרית מדויקת, מבוססת-ראיות, של השלב הפילוטיפי בהתפתחות העובר – שלב קריטי שבו מופיעים ניצניהם של איברי הגוף השונים. בנוסף מספק המחקר בסיס-מידע חסר תקדים בנוגע לטרנסקריפטום (כלל ביטוי הגנים) של העובר, לרבות בבעלי חיים שעד כה לא זכו ל"מיפוי גנטי", וכן מגדיר במדויק את מונח ה"מערכה" במודל המסווג את עולם החי.

Fig1 - למרות השונות הגבוהה במבנה גופם של בעלי חיים בוגרים (למטה), בשלב הפילוטיפי (למעלה) נראים עובריהם דומים מאוד זה לזה.

Fig1 – למרות השונות הגבוהה במבנה גופם של בעלי חיים בוגרים (למטה), בשלב הפילוטיפי (למעלה) נראים עובריהם דומים מאוד זה לזה.

"מערכה" (phylum) היא מונח שטבע הבוטנאי השוודי קרלוס לינאוס בשנת 1735, במסגרת ניסוח הטקסונומיה (מודל הסיווג) של ממלכת החיות. בטקסונומיה של לינאוס כמה קטגוריות, שמכל אחת מהן מתפצלות קטגוריות אחרות; כל ממלכה (ממלכה היא הקטגוריה הכוללנית ביותר) מתפצלת למערכות ומהן למחלקות, סדרות, משפחות, סוגים ומינים.

מאז פרסומה של הטקסונומיה של לינאוס מתחוללים בקהילייה המדעית ויכוחים רבים על הדיוק בהגדרות אלה ובשיוכם של בעלי חיים ספציפיים לקטגוריות השונות. כעת, בפרסום הדרמטי ב-Nature, מציג פרופ' ינאי הגדרה מולקולרית מובהקת ראשונה מסוגה של מונח המערכה. הגדרה זו מתבססת על דמיון במנגנון המשותף האחראי לשלב הפילוטיפי.

אפיון השלב הפילוטיפי

השלב הפילוטיפי הוא מושג בסיסי בהתפתחות העובר. בשלב זה מופיעים ניצני-איברים רבים שיתפתחו בהדרגה לאיברים שלמים על פי תוכנית הצמיחה (Body Plan) האופיינית לכל מערכה. השלב הפילוטיפי מייצג מתווה כללי שבו איברים פונקציונליים כגון שריון הצב, אפו של החזיר או מוחו הגדול של האדם מתחילים ללבוש צורה בדרך להתפתחותם המלאה.

הקושי בהשוואה בין חיות שונות כמו זבוב, דג, ספוג ותולעת נובע מכך שהשלבים בהתפתחותם אינם אחידים. כעת, על סמך בסיס-מידע מולקולרי חסר תקדים שנאסף ונותח במהלך המחקר, נוסח לראשונה הכלל המגדיר את השלב הפילוטיפי בכל יצור חי בכל המערכות בממלכת החיות. בנוסף, כאמור, מציג המחקר הגדרה מולקולרית ראשונה של מונח המערכה. מערכה, מתברר כעת, היא "קבוצה של מינים אשר בשלב הפילוטיפי מגיע הדמיון ביניהם (בביטוי הגנטי) לרמה המקסימלית; אם הדמיון בין שני מינים בשלב זה מינימלי, הרי שהם שייכים לשתי מערכות שונות."

 

 

השלכות על המחקר והרפואה

Fig2 - האיור מציג של השונות בין מינים שונים במהלך ההתפתחות. משמאל, מינים בהם השונות קטנה בשלב הפילוטיפי (באמצע תהליך ההתפתחות) שייכים לאותה המערכה. מימין, מינים בהם השונות הגדולה ביותר היא בשלב הפילוטיפי שייכים למערכות שונות.

Fig2 – האיור מציג של השונות בין מינים שונים במהלך ההתפתחות. משמאל, מינים בהם השונות קטנה בשלב הפילוטיפי (באמצע תהליך ההתפתחות) שייכים לאותה המערכה. מימין, מינים בהם השונות הגדולה ביותר היא בשלב הפילוטיפי שייכים למערכות שונות.

במחקר המתפרסם כעת שותפים הטכניון (כמוסד מוביל), מכון ויצמן ומוסדות אקדמיים בגרמניה, בארה"ב ובאוסטרליה. במחקר נבחנו עשרה מינים של בעלי חיים ממערכות שונות באמצעות כלי מחקרי הקרוי ריצוף על-מקבילי (High-throughput DNA sequencing), המאפשר אפיון מדויק ושלם של הביטוי הגנטי. בכל אחד מעשרת המינים נבדקו כ-70 פרטים (עוברים) ובכמה מהמינים, כאמור, מדובר בריצוף ראשון בהיסטוריה. התוצאה: בסיס נתונים חסר תקדים, שעתיד לשמש במחקרים רבים ולהשפיע גם על עולם הרפואה בהקשרים כגון אבחון מחלות גנטיות וטיפול בהן.

בעקבות דוקינס

פרופ' איתי ינאי נולד בשנת 1975 בחיפה אך גדל בבוסטון. לאחר תואר ראשון בהנדסת מחשבים ובפילוסופיה של המדע הוא עבר לכיוון הביולוגיה בעקבות ספרו של ריצ'רד דוקינס, "הגֶן האנוכי", ויצא לתקופת התנדבות במכון פסטר בפריז. לאחר מכן השלים דוקטורט בביולוגיה חישובית באוניברסיטת בוסטון, שאחריו הגיע לישראל לטובת פוסט-דוקטורט במכון ויצמן. אחרי פוסט-דוקטורט נוסף, באוניברסיטת הארוורד, חזר בשנת 2008 לישראל והצטרף לטכניון כחבר סגל בפקולטה לביולוגיה. מאז זכה בכמה מענקי מחקר גדולים, ששימשו בעיקר למימון המחקר הבינלאומי המתפרסם כעת.

למאמר המלא לחץ כאן

פרופ' איתי ינאי

פרופ' איתי ינאי