כיצד וירוסים מחקים את החלבונים האנושיים כדי להשתלט על התאים שלנו

וירוסים הם אמני היעילות. בעזרת קוד גנטי קצרצר שמקודד למספר מצומצם של חלבונים, הם מצליחים לחדור לתאים מורכבים בהרבה ולהשתלט על מגוון מנגנונים שפועלים בהם. חלק מהחלבונים הנגיפיים משמשים לנטרל את מערכות ההגנה של התא, אבל חלבונים רבים אחרים משמשים כדי ליצור אינטראקציות עם החלבונים של התא ו"לחטוף" אותם לצורכי הווירוס - בייחוד למלא את השלבים המרובים הנדרשים כדי לשכפל את הגנום של הווירוס ולאפשר לו להתרבות. הקוד הגנטי המקודד לאותם חלבונים נגיפיים נגנב ממאכסנים קדומים של הווירוס, והדמיון של חלבונים אלה לחלבונים של תאי גופנו הוא שמאפשר להם לחדור לרשת החלבונים בתא האדם ולהשתמש בה לצורכיהם.

ד"ר צחי חגי מבית הספר שמוניס לביו-רפואה וחקר הסרטן באוניברסיטת תל אביב חוקר את אותן אינטראקציות בין חלבונים אנושיים ונגיפיים וכיצד הם מתפתחים אלה מול אלה. "אבולוציה משותפת זו מוצגת לרוב בתור מרוץ חימוש, שבו צד אחד מנסה להערים על הצד השני, והצד השני עונה במהלך שמנטרל את הצעד של הצד הראשון. קצת כמו הריצה של מלכת הלבבות באליס בארץ הפלאות", מסביר ד"ר חגי. "אולם מחקר עומק של האינטראקציות המוכרות בין חלבונים של וירוסים ובני אדם מגלה כי החלבונים של המאכסן שמעורבים באינטראקציות אלה נוטים דווקא להשתנות פחות בהשוואה לחלבונים אנושיים אחרים שלא מושפעים מחלבוני הווירוס".

אטלס של חלבונים נגיפיים

כדי להבין טוב יותר אילו אינטראקציות בין חלבונים יכולות להשתנות ולהתפתח ואילו נותרות קבועות במהלך האבולוציה, במעבדתו של ד"ר חגי חוקרים כיצד תאים עברו אבולוציה בתגובה לווירוסים שמשתמשים בחלבונים החיוניים לתפקוד התא בדרכים שונות. "לדוגמה, אנחנו מנסים להבין מדוע חלבון לא יכול להשתנות באתר שאליו החלבון הנגיפי מתחבר".

לצורך כך, במסגרת הפרויקט שזכה באחרונה במימון הERC, בשלב הראשון ד"ר חגי ועמיתיו יוצרים אטלס של חלבונים נגיפיים ש"נגנבו" ממאכסנים קודמים כדי להסתנן לרשת החלבונים של תאי האדם. "אנחנו נעזרים בהתקדמות המשמעותית שנעשתה בשנים האחרונות בניבוי מבנה של חלבונים בעזרת בינה מלאכותית, ובוחנים מבנים של חלבוני נגיפים כדי לזהות דמיון לחלבונים אנושיים - דמיון שמעיד על כך שהחלבון הנגיפי יכול לשמש כדי לחקות את תפקוד החלבון האנושי בתא".

הצעד הבא הוא לנסות להבין כיצד החלבונים הנגיפיים שזוהו דומים בתפקוד שלהם לחלבונים אנושיים. ניתוח הדומה והשונה בתפקוד זה מאפשר לנו לזהות צמתים של התפצלות - כשהווירוס משתמש ב'אבן הבניין' שמקורה במאכסן לתפקוד חדש - ולהבין טוב יותר מדוע חלק מאבני הבניין הללו נותרו ללא שינוי משמעותי.

מחקריו של ד"ר חגי הם דוגמה קלאסית של מדע בסיסי: שימוש בטכנולוגיות מתקדמות כדי לענות על שאלות ייסוד בהבנת הביולוגיה. אולם הצלחת הפרויקט תוכל לקדם באופן ניכר גם את בריאותנו בעתיד. "זיהוי ממשקים שמורים - כאלה שנותרים ללא שינוי אבולוציוני לאורך זמן - תאפשר לנו לזהות נקודות תורפה של הנגיף ולהשתמש בידע זה כדי לפתח טיפולים אנטי-ויראליים חדשים", מסביר ד"ר חגי. "לצד זאת, מיפוי המסלולים של חלבוני הנגיף שנותרים גמישים וניתנים לשינוי יוכל לאפשר לנו לנבא טוב יותר אילו וירוסים עלולים לקפוץ ממין למין - למשל מחיה אחרת לבני אדם - וגם להבין דרך אילו מנגנונים מעבר שכזה עשוי להתרחש".