כשקיפוד הים שינה את התוכנית

מחקר חדש באוניברסיטה מצא כי קיפוד הים בונה את השלד שלו בצורה דומה לדרך שבה יונקים ובעלי חוליות אחרים מפתחים את מערכת הדם שלהם. המשמעות: לפני כחמש מאות וחמישים מיליון שנים, קיפוד הים, יחד עם מינים נוספים בקבוצת קווצי העור, ביצעו שינוי ב”תוכנית” הגנטית לבניית כלי דם והפכו אותה לתוכנית לבניית שלד על בסיס סידן. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי PNAS. “יותר קל לשנות תוכנית קיימת מאשר לבנות תוכנית גנטית חדשה לגמרי. התיאוריה המקובלת מדברת על כך שכל מערכה של בעלי חיים פיתחה באופן עצמאי את הדרך שלה לקחת מינרליים מהסביבה כדי לבנות שלד ואין ‘אב קדמון’ שפיתח דרך אחת אותה כולם ירשו. כעת מצאנו את הדרך הייחודית בה קיפודי הים, וכנראה כל קווצי העור, עשו זאת”, אמרה ד”ר סמדר בן טבו דה-לאון מבית הספר למדעי הים ע”ש ליאון צ’רני של האוניברסיטה, שהובילה את המחקר.

בשלבי ההתפתחות העוברית הראשונים, בני האדם וקיפודי הים דומים במובנים רבים. אין זה מפתיע: חלק גדול מבעלי החיים דומים בשלבים הראשונים להתפתחותם. במעבדה של ד”ר בן טבו דה-לאון מבקשים להבין כיצד מקודדת בגנום של ביצית קיפוד הים התוכנית שהופכת אותו בסופו של דבר לקיפוד ים ואיך התוכנית הזאת מתבצעת במהלך ההתפתחות העוברית. במחקר הנוכחי ביקשו החוקרים להתמקד בתהליך הביו-מינרליזציה, התהליך שבו בעל חיים משתמש במינרלים שהוא סופח מהסביבה והופך אותם לשלד, במקרה של קיפודי ים – המינרל הוא קלציום קרבונט. לדבריה של ד”ר בן טבו דה-לאון, לפני כ-550 מיליון שנה החלה להופיע היכולת להפוך מינראלים מהסביבה לשלד, במערכות שונות של בעלי חיים במקביל. כל מערכה פיתחה את השיטה בצורה יחודית, ולא כתורשה מאב קדמון משותף שפיתח לראשונה את השיטה. עד כה לתאוריה זו לא היו הוכחות ברורות.

בשלב הראשון הבחינו החוקרים שהשלד שמתפתח בקרב עוברי קיפוד הים הוא בעל מבנה צינורי. “ראינו שהקלציט שמתחילה להתגבש מוקפת בממברנה, סביבה יש ציטופלסמה והיא עטופה גם היא בממברנה נוספת. כלומר, זהו מבנה של צינור, שדומה מאוד למבנה של כלי הדם שלנו, רק שבמקום דם בתוך צינור הזה יש קלציט”, אמרה ד”ר בן טבו דה-לאון.

אולם כדי להוכיח שאכן מדובר במערכת כלי הדם לא היה מספיק להראות שקיפוד הים משקיע שלד בתוך מבנה צינורי, אלא גם להראות דמיון בין הבקרה הגנטית של בנית צינור השלד לבקרה הגנטית שבונה כלי הדם בבני האדם ובעלי חוליות. אכן, החוקרים מצאו שהגן VEGF (vascular endothelial growth factor), שאחראי על יצירת מערכת כלי הדם אצל בני אדם לוקח חלק פעיל גם בהיווצרות השלד של קיפודי הים. כשהן עיכבו את פעולתו אצל עוברי הקיפודים, העוברים לא פיתחו את השלד. כדי לבדוק את הקשר בין החלבון הקיפודי לחלבון האנושי, הם הזריקו לעוברי קיפוד ים שני סוגים של VEGF: כזה שמקורו בקיפודי ים וכזה שמקורו בבני אדם. הם ראו שגם החלבון האנושי וגם החלבון הקיפודי פעלו בצורה דומה להצלת יצירת השלד בעוברים בהם מסלול VEGF מעוכב. בנוסף, הם גילו שהגנים שה-VEGF מפעיל במהלך יצירת השלד בקיפודי הים, דומים לגנים שמפעיל החלבון בתהליך יצירת כלי הדם אצל בני האדם. “ממצאי המחקר מראים לראשונה שקיפודי הים ומערכת קווצי העור לקחו תוכנית גנטית קדומה ליצירת כלי דם והפכו אותה לתוכנית להשקעת ביומנרלים ובנית שלד. מבחינה אבולציונית, נראה יותר פשוט לקחת תוכנית קיימת ולבצע בה שינויים, מאשר לפתח תוכנית התפתחותית חדשה לגמרי”, אמרה ד”ר בן טבו דה-לאון.

ומה לגבי המשמעויות? יישום אפשרי אחד נוגע להבנה שבה בעלי חיים שונים מצליחים לבנות ביומינרלים. לדבריה של החוקרת, קיפוד הים יודע לכופף גבישי קלציט, לכוון אותם לכיוון הרצוי תוך כדי שהוא שומר על קשיחות גבוהה של הגביש הנוצר. אם נלמד מקיפוד הים כיצד לשלוט בתכונות של גבישים בצורה דומה, נוכל לייצר גבישים מלאכותיים חזקים בכל צורה שנרצה. עוד היא הוסיפה כי ה-VEGF לוקח חלק פעיל ביצירת גרורות סרטניות, מכיוון שהוא מספק לגרורות כלי דם חדשים שמעניקים לגרורה את אספקת החמצן לה היא זקוקה. ולכן, הבנה טובה יותר של מנגנוני הבקרה של VEGF יכולים לסייע גם למאבק במחלת הסרטן ולפיתוח תרופות חדשות.

27.6.19