מדען אורח ד"ר יובל אבנשטיין

מהי, לדעתך, פריצת הדרך המשמעותית או המסקרנת ביותר שנעשתה בתחום המחקר שלך בשנים האחרונות?

הסיפור הגנטי המכתיב את כל מי שאנחנו, הוא סיפור שמורכב מארבע אותיות: A, G, T, C. אותיות אלה מסמנות את ארבעת הבסיסים המסודרים ברצפים משתנים לאורך מטר שמונים של סליל הדנ"א (רצף כולל של 3.5 מיליארד אותיות) המקופל בקפידה בכל תא בגוף. התפיסה האינטואיטיבית היתה, שזה אכן כל הסיפור הגנטי אבל באמצע שנות העשרים עלה חשד שזה לא בדיוק כך, ורק לאחרונה התחלנו להבין את המשמעות העמוקה של זה. התגלה שאחת האותיות מסוגלת לעבור "מתילציה", כלומר, הוספת מולקולת מתיל לבסיס C. כיום מקובל להתייחס לשינוי הזה בתור האות החמישית ברצף הדנ"א. ב- 2009 התגלתה מודיפיקציה אחרת על C ומאז, התגלו עוד שלוש שונות. בהתחשב בעובדה שמטר שמונים של סליל דנ"א מכיל כשלושה וחצי מיליארד אותיות, אז ההבדל בין ארבעה סוגי בסיסים לבין שמונה הוא הבדל עצום מבחינת כמות הקומבינציות האפשריות (ההבדל אינו פי שניים, אלא גדל בחזקה). התוספות הללו מעשירות את תכולת האינפורמציה באופן שגרם לנו לקלוט עד כמה לא הבנו את העושר שהגנום מכיל. מה שמפליא עוד יותר, הוא שאף על פי שהדנ"א קבוע מראש, שכבת האינפורמציה הנוספת הזו היא דינאמית ומתאפשרת מהשפעות סביבתיות.

גילוי זה, שנכלל תחת תחום חדש בשם אפיגנטיקה (הכוונה ב"אפי", מיוונית, היא "בנוסף"), מסביר לא רק את השינויים הגנטיים בין תאומים זהים עם אותו מטען גנטי, אלא גם את השינויים הגנטיים בין אזורי רקמות בגופו של אותו אדם. זה מפתיע כי סליל הדנ"א באדם מסוים, כולל את התוכניות ליצירת כל סוגי התאים בגופו, בין אם זהו תא עור ברגלו ובין אם תא רשתית בעין. אבל בכל זאת, למרבה ההפתעה, יש הבדל: החלקים המרכיבים את המכלול, שהוא גופינו, שונים זה מזה אף יותר מכפי שחשבנו. בשבועות האחרונים התפרסם אף מחקר שגילה הבדלים גנטיים בין תאים סמוכים השייכים לאותה רקמה אצל אותו אדם. זה גילוי די מדהים שאין לנו עדיין מושג מה פשרו: מדוע קיימת השונות הזו ומה משמעותה.

מהו המחקר שמעסיק אותך בתקופה זו?

פריצת הדרך שתיארתי קודם, היא למעשה התפיסה כי קיימת שכבה שלמה של אינפורמציה על גבי ה- DNA עם השפעה דרמטית על התפקוד של המערכת הביולוגית. כאילו היה ברקוד שונה על מוצרים זהים, שגורם להם בכל זאת להיות שונים. השאיפה כעת, היא להצליח לקרוא באופן מדויק ככל הניתן את רצף הגנום, כולל הברקוד הייחודי שהוא נושא.

הטכנולוגיה הקיימת כיום, מאפשרת לנו לקרוא רצף של כמה מאות אותיות בלבד בסליל הדנ"א. לכן, כדי לקרוא את כל רצף האותיות של גוף מסוים, אנחנו זקוקים לכמות יחסית גדולה של תאים. הממוצע המשוקלל מכל התאים, אמור לשקף את סיפור 3.5 מיליארד האותיות של הסליל כולו. אני משתמש במילה "אמוּר" משום שזהו רק ממוצע. כיום, מתוך ההכרה בחשיבות השונוּת האפיגנטית בין סלילי דנ"א אצל אותו אדם, אנחנו שואפים לקרוא את כל המידע מסליל אחד בודד. המחקר שלי עוסק בפיתוח הטכנולוגיה שתאפשר זאת. לכן, בגדול, אפשר לומר שאני צַלָם מולקולרי. המחקר של שותפי ושלי משלב מידע מפיזיקה, כימיה וביולוגיה, כדי להצליח לפרום את הקיפול המורכב של סליל דנ"א יחיד, להשחיל אותו לתעלה זעירה כדי לאלצו להתיישר, ואז לצלם את תבניות הבסיסים שבו.

כיצד אתה רואה את העתיד של תחום המחקר שלך?

המטרה העליונה בתחום המחקר שלי הוא להצליח לקבל את הפרופיל הגנטי והאפיגנטי המלא ברמת התא הבודד. כאשר מטרה זו תושג, היא תישא השלכות שרק את חלקן אנחנו מסוגלים לצפות כיום. השלכות רבות תהיינה, כמובן, רפואיות. למשל, ישנה תפיסה שסרטן הוא מוטציה בסליל הדנ"א בתא בודד, אשר מתחיל להתרבות ללא שליטה וכך מתפתח גידול. כיום אנחנו מסוגלים לגלות את השינוי הזה רק ברגע שישנה כמות מספקת של תאים סרטניים. רק חישוב ממוצע של מסה קריטית של תאים כאלה תוביל לזיהוי מחלת הסרטן. מַעבר לרזולוציה גבוהה בתאים בודדים יאפשר לנו לתפוס אירועים חריגים בשלבים מאוד מוקדמים ולטפל בהם לפני שהבעיה צוברת תאוצה.

אנחנו מכירים גם את הקשר בין מבנה הדנ"א למחלות ניווניות מסוימות. אנחנו יודעים, למשל, שכאשר רצף אותיות מסוים בדנ"א של אדם חוזר על עצמו עד עשר פעמים, אז הוא חולה במחלה הניוונית הקשה FSHD (אצל אנשים בריאים הרצף חוזר על עצמו עד 150 פעם). אילו היינו יכולים לבודד תא עוברי בודד ולבדוק את מספר החזרות של רצף זה, היינו יכולים לזהות מראש האם העובר נושא את המחלה הניוונית.

אבל מעבר להיבטים הרפואיים, באופן עמוק יותר, ההצלחה תהיה פריצת דרך משמעותית בהבנת המכונה הביולוגית שהננו, כי בינתיים רב הנסתר על הגלוי: אנחנו מכירים את תכניות הבניה (DNA) ואת סוגי הפועלים השונים המיישמים את התוכניות (RNA, למשל), וכעת נותר לנו לרדת לעמקו של מנגנון הבקרה- מיהו אותו קבלן הנותן הוראות לפועלים מה לעשות בכל רגע נתון, וכיצד הוא מקבל החלטה אילו הוראות מתוך תכנית הדנ"א העצומה עליהם להוציא לפועל.

מהו ההסבר האלגנטי, העמוק או היפה ביותר בעיניך לתופעה כלשהי?

בתור מוזיקאי חובב, הופתעתי לקרוא מחקר שיצא לאחרונה וגילה עד כמה משפיעה הופעתו הוויזואלית של מוזיקאי על שיפוט ביצועיו המוסיקליים. החוקרים חילקו את הנבדקים באופן רנדומלי לשלוש קבוצות – לאחת הראו וידאו של נגנים מתחרים בתחרות מוזיקה, לשניה הראו את אותו וידאו ללא קול, ולשלישית רק השמיעו את הנגינה ללא כל תמונה – ובקשו מכולם להעריך מיהם שלושת הפיינליסטים. אלה שצפו בווידאו ללא סאונד ניחשו בדיוק הכי גבוה את התשובה, תוך הסתמכות על התשוקה הנראית לעין שבה הנגנים הופיעו. הניחושים של הקבוצה שצפתה בווידאו עם סאונד, היו פחות מדויקים ובקרב אלה שרק האזינו לנגינה, הניחוש היה אקראי לחלוטין, וזה לא שינה אם הנשאלים היו מוזיקאים מקצועיים או לא. החוקרים נטו להסביר זאת באמצעות הדומיננטיות של מערכת הראיה שלנו.

בקריאה ראשונה, אלה חדשות קצת מאכזבות, כי הייתי רוצה להאמין שמוסיקה נֶטו היא זו שנוגעת באנשים, וכי לא צריכים להיות פרמטרים נוספים שמשפיעים. במחשבה שניה זה די הגיוני. הממד הוויזואלי נעשה חשוב, לא רק לאור העובדה שהמוסיקאים המתחרים הם ברמה גבוהה שקשה לדרגהּ, ולא רק משום שהם מנגנים יצירות שונות, מה שמקשה עוד יותר על הסטנדרטיזציה בהערכתם. מעבר לכל זאת, אני רואה בתוצאות המחקר הזה הסבר עמוק ויפה לאופן בו מוזיקה משפיעה עלינו. מוזיקה היא רצף של צלילים שמסוגל לעורר באנשים כל מיני סוגי חוויות ורגשות וזו תופעה כלל לא טריוויאלית. ייתכן שאנחנו נעזרים במערכת הראיה כדי להעשיר את האסוציאציות העמוקות שמלכתחילה אנחנו יודעים שמוסיקה אמורה לעורר בנו.

הפרשנות הגופנית (הבעות פנים, למשל) של המוסיקאי לצלילים שהוא מפיק משפיעה עלינו, משום שחוויית המוזיקה היא לא רק שמיעתית. זו הסיבה שישפיעו עלינו גם צורות ויזואליות מופשטות שמציג VJ בתור ליווי למוסיקה אלקטרונית, או אפילו סתם מראות רחוב אקראיים שמתחברים באסוציאטיביות למוסיקה שאנחנו שומעים באוזניות באותו הרגע.

לגבי מה אתה אופטימי?

אני אופטימי שתכונות כמו שיתוף, חמלה ואמפתיה הולכות ונעשות דומיננטיות עד שבעתיד הן יכתיבו את רוב ההתנהגות האנושית. נראה לנו שההיפך הוא הנכון ויש לנו סיבות מוצדקות לחשוב כך. אחת המשמעויות הקודרות של דילמת האסיר, למשל, היא שעדיף תמיד לבגוד ולא לשתף פעולה: בתרחיש בו השחקן השני משתף פעולה משתלם לבגוד בו ולגרוף את כל הקופה, ובמקרה בו הוא בוגד, אז על אחת כמה וכמה כדאי לבגוד, כדי למזער את ההפסד. אבל בסופו של דבר, כשבוחנים את האסטרטגיות הללו בטווח הרחוק ועל פני אוכלוסייה שלמה, רואים איזו אסטרטגיה משתלמת יותר: שיתוף פעולה. האופטימיות שלי נובעת מהעובדה שכך גם הטבע פועל. ריכוזיות הכוח והמשאבים היא תופעה לא שגרתית בטבע והמגמה המובהקת היא איזון וחלוקה של העושר. בני אדם אמנם תמיד נטו להוציא את עצמם מהכלל, להפעיל כוח ולהשתמש ברווחים כדי לצבור, לרכז ולמקסם עוד כוח ועוד רווחים. אבל אני חושב שאסטרטגיית השיתופיות המשתלמת תהיה נפוצה. זה יקרה לאו דווקא בשל איזו הבנה רציונלית שתחלחל, אלא בשל אוסף נסיבות (טכנולוגיות בעיקר, כמו האינטרנט) שתורמות לביזור הידע והכוח בעולם. אנחנו נמצאים בעידן שבו מספר האנשים אליהם אנחנו מחוברים ואפשרויות שיתוף הפעולה איתם הם חסרי תקדים וזו נדמית כמגמה שרק תתעצם.