10:20
המוזיאון סגור עכשיו
הפתיחה הבאה 30.01.2023 10:00
הדפסהשיתוף

יישומים ביוטכנולוגיים של עצים פילוגנטיים

עץ פילוגנטי יכול ללמד אותנו אילו יצורים קרובים יותר זה לזה ואילו רחוקים יותר. יש לכך כמה שימושים ביוטכנולוגיים: זיהוי מחלות, פיתוח זנים חדשים של ירקות מציאת תרופות ועוד.

עובד מתוך University of California Museum of Paleontology's Understanding Evolution | פורסם ב-07 אוגוסט 2016

זיהוי מחלות

השימוש בעצים פילוגנטיים מסייע למדע הרפואה להבין את המקור למחלות, לזהות יצורים מחוללי מחלות שאינם מוכרים למדע ולקדם את הטיפול בהן.
במקרים רבים אנחנו לא יכולים לזהות נגיפים וחיידקים רק בהתבסס על הרצף הגנטי שלהם. למשל, המקור של נגיף ה-HIV היה בגדר מסתורין במשך זמן רב עד שרצפי ה-DNA שלו ושל נגיפים רבים אחרים רוצפו והעץ האבולוציוני שלהם שוחזר. העץ האבולוציוני חשף את העובדה שנגיף ה-HIV התפתח מנגיף ה-SIV (Simian Immunodeficiency Virus), שתוקף קופי אדם. נמצא שהנגיף SIV עבר מהפונדקאי הטבעי שלו לאדם, ולאורך דורות רבים עבר ברירה טבעית לתכונות שאנו מכירים מנגיפי ה-HIV היום. העדויות גם מלמדות אותנו שהתהליך הזה התרחש כמה פעמים! כאשר בני אדם באים במגע קרוב עם מינים שקרובים אליהם מבחינה אבולוציונית, עולה הסבירות שמחלות מדבקות יועברו בין שני המינים.

עץ פילוגנטי של נגיפי HIV ו-SIV חושף ש-HIV התפתח מ-SIV כמה פעמים.

עץ פילוגנטי של נגיפי HIV ו-SIV חושף ש-HIV התפתח מ-SIV כמה פעמים

הבנת היחסים בין יצורים שונים שימושית לזיהוי המקור של מחלות נוספות. למשל, אותה גישה בסיסית עזרה לחשוף את השורשים של SARS (מעטלפים) ושל מלריה (מפרימטים). הבנת הדרך שבה  מתחילה מערכת היחסים בין מחוללי מחלות לאדם חשובה כדי למנוע הישנות של מעבר מחלות מבעלי חיים שונים לאדם. בנוסף, התובנות הללו מאפשרות לחקור את המחלה בבעלי החיים שמהם הועברה המחלה מבלי להדביק בני אדם ולפתח תרופות חדשות. לגישה זו יש שימושים גם מעבר לעולם הרפואה. למשל, השוואת דגימות למינים מוכרים מאפשרות לגורמי אכיפה לזהות מיני לווייתנים שנמכרים באופן לא חוקי בשווקי בשר ביפן ואליגטורים שנמכרים בתור בשר צב בדרום ארצות הברית.

"שדרוג" ירקות

עצים פילוגנטיים הם שימושיים כאשר אנחנו מחפשים קרובי משפחה רחוקים של מינים מוכרים. לדוגמה, מיני בר שקרובים גנטית למיני תרבות חקלאיים יכולים לשאת גנים חשובים שאבדו למיני התרבות במהלך הברירה המלאכותית. הגנים הללו יכולים להשפיע על עמידות הצמחים למזיקים, למחלות ולתנאי הסביבה, וגם על היבול ועל איכות הפירות. אחרי שהחוקרים מגלים את הגנים הללו, אפשר "להחזיר" אותם למיני הבר על ידי הכלאות עם מיני הבר או על ידי הנדסה גנטית.

עץ פילוגנטי של עגבניות

עץ פילוגנטי של עגבניות

מציאת תרופות

יצורים רבים מייצרים חומרים בעלי חשיבות רפואית לאדם, ומדענים שעוסקים בפיתוח תרופות מחפשים בטבע ללא הרף חומרים חדשים בעלי פעילות ביולוגית, המשפיעים לטובה על גוף האדם. יצורים חיים הם מקור טוב לחיפוש חומרים בעלי פעילות ביולוגית, מכיוון שהם עברו אבולוציה במשך מיליארדי שנים ובמהלך הזמן פיתחו יכולות לייצר מגוון חומרים. עצים אבולוציוניים מאפשרים לנו לחפש את המחט הרצויה בערמת השחת של החומרים הביולוגיים. לדוגמה, כשחוקרים גילו שהחומר הנקרא פקליטקסל  (paclitaxel),  המסייע בטיפול בכמה סוגי סרטן, הם קיוו שיוכלו להפיק אותו בצורה מסחרית כדי להציל חיים. עם זאת, את החומר היה צריך להפיק מקליפת העץ של הטקסוס הפסיפי (Taxus brevifolia) בתהליך שהורג את העץ, והפקתו בכמויות גדולות הייתה מביאה להכחדת המין הזה.
כדי למצוא תחליף, החוקרים סרקו מינים סמוכים בעץ הפילוגנטי בחיפוש אחר מינים קרובים שירשו אף הם את היכולת להפיק פקליטקסל מהאב הקדמון המשותף שלהם. לשמחתם גילו החוקרים שבמחטי  הטקסוס האירופי (T. baccata) קיים חומר דומה, שממנו אפשר לייצר פקליטקסל. בהמשך התגלה שהחומר בעצם מיוצר על ידי פטריה שחיה בתוך העצים ומקיימת עמם יחסי שותפות, והמחקר התמקד בהפקת החומר ישירות מהפטרייה.

ענפים נוספים בעץ החיים שיש להם פוטנציאל רב לבידוד חומרים בעלי פעילות ביולוגית הם בעלי חיים ארסיים. ארס היווה מקור לכמה תרופות, כגון מעכבי ACE שמשמשים לטיפול ביתר לחץ דם. כיוון שארסיות היא תכונה תורשתית, אפשר לעקוב אחרי ההיסטוריה האבולוציונית שלה כדי לגלות מינים ארסיים חדשים. חוקרים משחזרים עצים אבולוציוניים של מינים ארסיים ומשתמשים בהם כדי לאתר מינים שסביר להניח שיהיו ארסיים אף הם. חוקרים שבחנו דגים ארסיים גילו מעל 1,200 מיני דגים שלא היה ידוע שהם ארסיים אך ככל הנראה מסוגלים לייצר ארס! תגלית זו מהווה "אוצר" של חומרים שיכולים לשמש לפיתוח תרופות. גישה דומה יכולה לעזור לפתח תרופות מארס של נחשים, לטאות וחלזונות.

קלייד קטן מתוך העץ האבולוציוני של הדגים. ארסיות התפתחה בענפים שונים בעץ.

קלייד קטן מתוך העץ האבולוציוני של הדגים. ארסיות התפתחה בענפים שונים בעץ

CSI אבולוציה

עצים פילוגנטיים מאפשרים לנו לקבוע את תבניות הפיצול של שושלות וגם את הזמן שבו חל הפיצול. המידע על התזמון שימושי מאוד כשרוצים להבין מתי התרחש אירוע של הדבקה. לדוגמה, בשנת 1999 הואשמה קבוצה של עובדי בריאות זרים בלוב בהדבקה מכוונת של ילדים בנגיף HIV. עדויות שונות הצביעו על כך שהסיבה להתפרצות המגפה הייתה נעוצה בתנאי ההיגיינה בבית החולים. צוות חוקרים בינלאומי ריצף קטעי גנום של נגיפי HIV של הילדים שנדבקו ושחזר עץ שכלל את הרצפים הללו ורצפים של נגיפי HIV נוספים. הנגיפים של הילדים נמצאו מקובצים יחד בקלייד אחד, מה שמרמז על מקור יחיד להדבקה, אך נמצאו גם הבדלים רבים ביניהם, מה שמעיד על כך שהם עברו שינויים מאז התפצלו מהאב הקדמון המשותף, כלומר, שעבר זמן מה מאז ההתפצלות.

התמיינות נגיפי HIV של ילדים
החוקרים השתמשו במודלים מתמטיים לתארוך האירועים ומצאו שהנגיף החל להדביק ילדים בבית החולים בשנת 1995 או 1996, כלומר, לפחות שנתיים לפני הגעת עובדי הבריאות הזרים. מכך הסיקו החוקרים שעובדי הבריאות הזרים לא יכלו להיות המקור להפצת הנגיף. ככל הנראה, חולה שביקר בבית החולים לפני שנת 1997 היה הנשא של הנגיף שהביא למקרי ההדבקה, והרגלי היגיינה לקויים בבית החולים, כמו שימוש חוזר במחטים, אפשרו את המשך ההדבקות. עובדי הבריאות הזרים שוחררו לאחר פרסום כתבות רבות בנושא ומשא ומתן ממושך.

שיטות דומות משמשות אותנו ללמוד על ההיסטוריה האבולוציונית של הזן הנפוץ ביותר של נגיף ה-HIV. החוקרים גילו שהזן הנפוץ של הנגיף עבר משימפנזים לבני אדם בשנת 1908 וחשפו את מהלך ההתפשטות של מגפת האיידס. מחקרים דומים שחזרו את מהלך ההתפשטות של מגפות נוספות, כגון מגפת השפעת הספרדית בשנת 1918, וסיפקו מידע לגבי התנאים שמעודדים נגיפים לעבור מבעלי חיים לבני אדם.

להרחבה בנושא

כל הזכויות שמורות למוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט
אזור תוכן, לקיצור דרך לחצ/י כפתור ALT + z
Silence is Golden