כיצד נוכל לחקור
את שפע הווירוסים שסביבנו כדי לסייע לרפואה?
כיצד נוכל להפוך את סך כל הידע הווירולוגי שלנו
ליחידה אבחונית פשוטה וניידת?
ברצוני להפוך את כל מה שידוע לנו היום על זיהוי וירוסים
ועל מגוון הווירוסים הקיימים
למשל, לשבב קטן.
כשהתחלנו לחשוב על הפרוייקט הזה -
איך ליצור מיבדק אבחוני יחיד
שיסרוק ויחפש בו-זמנית את כל גורמי המחלות -
ובכן, יש כמה בעיות עם הרעיון הזה.
ראשית כל, הווירוסים מורכבים למדי,
אך גם מתפתחים מהר מאד.
זהו פיקורנה וירוס.
מדובר בווירוסים שכוללים
הצטננות ופוליו, דברים כאלה.
אתם מתבוננים במעטפת החיצונית של הווירוס,
והצבע הצהוב כאן הם אותם חלקים בווירוס
שמתפתחים מאד מאד מהר,
בעוד שהחלקים הכחולים אינם מתפתחים מאד מהר.
כשחושבים על יצירת חומר מגיב לאיתור כלל-ויראלי,
בד"כ הבעיה היא מהירות התפתחות המחלה,
אחרת, איך נוכל לאתר דברים אם הם משתנים תדיר?
אך התפתחות הינה איזון:
כשקיים שינוי מהיר, קיים גם שימור-על...
דברים שכמעט ולא משתנים לעולם.
כך שבבדקנו זאת ביתר קפידה,
וכעת אציג לכם נתונים.
אתם יכולים לעשות זאת משולחן-העבודה במחשב שלכם.
לקחתי קבוצת וירוסים כזו,
כמו הצטננות, פוליו וכדומה,
וחתכתי אותם למקטעים קטנים,
לקחתי את הדוגמה הראשונה הזו, הקרויה קוקסאקי וירוס,
וקטעתי אותה לחלונות קטנים.
ואני צובע את החלונות הקטנים האלה בכחול
אם לווירוס אחר יש רצף זהה בגנום שלו
כמו לווירוס הזה.
הרצפים כאן למעלה -
שאפילו אינם מתקודדים לחלבון, אגב -
כולם זהים כמעט לגמרי מבחינה זו,
כך שיכולתי לנצל רצף זה כסמן
לאיתור מגוון רחב של וירוסים,
מבלי לעשות משהו פרטני.
וכאן יש לנו מגוון רב:
כאן הדברים מתפתחים מהר.
כאן למטה רואים התפתחות איטית יותר: פחות גיוון.
בזמן שנגיע לכאן, נניח,
לווירוס שיתוק דבורים חמור -
ללא ספק, גרוע ללקות בו אם אתם דבורים--
לווירוס זה אין כל דמיון לקוקסאקי,
אך ביכולתי להבטיח לכם שהרצפים השמורים ביותר
בין הווירוסים שבצד ימין של המסך
נמצאים באזורים זהים כאן למעלה.
כך שאנו יכולים לתחום אזורים אלה של שימור-על
בזמן ההתפתחות-- התפתחות הווירוסים האלה -
פשוט ע"י בחירת רכיבי דנ"א או רנ"א
באזורים אלה, כמייצגי איתור כימי בשבב שלנו.
בסדר, זה מה שעשינו, אבל איך נבצע זאת?
ובכן, במשך זמן רב, מאז למדתי לתואר שני,
התעסקתי בבניית שבבי דנ"א -
כלומר, הדפסת דנ"א על זכוכית.
וזה מה שאתם רואים כאן:
פירורי המלח האלה הם פשוט דנ"א שמודבק על זכוכית.
אז אני יכול לשים אלפים מאלה על שבב הזכוכית שלנו
ולהשתמש בהם כמאתרים כימיים.
לקחנו את השבב שלנו ל"היולט-פקרד"
וצפינו במיקרוסקופ האטומי שלהם באחת הנקודות האלה,
וזה מה שאתם רואים:
אתם רואים את רצועות הדנ"א משוטחות כאן על הזכוכית.
אז מה שאנו עושים הוא פשוט להדפיס דנ"א על זכוכית -
דברים שטוחים קטנים-- ואלה יהיו סמני גורמי-המחלות
אני יוצר רובוטים קטנים במעבדה כדי ליצור שבבים אלה,
ואני אוהב מאד הפצת טכנולוגיות.
אם יש לכם די כסף לקנות מכונית קאמרי,
אתם יכולים גם לבנות אחד כזה,
אז פרסמנו באינטרנט בחינם חוברת הדרכה,
לבנייה ממוצרי-מדף--
ביכולתכם לבנות מכונת מערך דנ"א במחסן שלכם.
הנה הקטע על מפסק כיבוי-החירום החשוב מכל.
(צחוק)
בכל מכונה חשובה צריך להיות כפתור אדום גדול.
אך למעשה זה יציב למדי.
אתם יכולים ממש לייצר שבבי דנ"א במחסן שלכם,
ולקודד כמה תכניות גנטיות די מהר. זה כיף גדול.
(צחוק)
אז מה שעשינו-- וזה פרוייקט ממש מגניב--
התחלנו פשוט מיצירת שבב של וירוס דרכי-הנשימה.
דיברתי על זה -
אתם יודעים, המצב הזה שבו אתם הולכים למרפאה
ולא מצליחים לאבחן מה יש לכם?
אז בעצם צירפנו את כל וירוסי דרכי-הנשימה האנושיים
בשבב אחד, והוספנו גם וירוס הרפס באותו מחיר -
למה לא?
הדבר הראשון שאתה עושה כמדען הוא,
לוודא שהעסק עובד.
אז פשוט לקחנו תאי תרבית רקמות
והדבקנו אותם בכל מיני וירוסים,
ולקחנו את הכל ותייגנו בעל-סגול את חומצות הגרעין,
החומר הגנטי שבא מתאי תרבית הרקמות האלה -
בעיקר חומר ויראלי-- והצמדנו לגשש, לראות היכן הוא נדבק.
אם רצפי הדנ"א תואמים, הם יידבקו זה לזה,
כך שאנו יכולים לבדוק נקודות.
והיכן שהנקודות נדלקות אנו יודעים שיש וירוס ודאי.
כך נראה אחד השבבים האלה,
והנקודות האדומות האלה הן למעשה אות שמתקבל מהווירוס.
וכל נקודה מייצגת משפחת שונה של וירוסים
או זני וירוסים.
אז זוהי שיטה קשה לבדוק דברים,
אז אני פשוט מקודד דברים בברקוד קטן,
בחלוקה למשפחות, כך שרואים את התוצאות בצורה אינטואיטיבית מאד.
מה שעשינו הוא לקחת תאי תרבית רקמות
ולהדביק אותם באדנו-וירוס,
ואתם רואים את הברקוד הצהוב הקטן הזה ליד האדנו-וירוס.
ובדומה לכך הדבקנו בשפעת-פארא 3--
שזה פארא-מיקסו-וירוס-- ואתם רואים כאן ברקוד קטן.
ואחר עשינו וירוס סינסיציאלי של דרכי-הנשימה.
אימת מעונות-היום בכל העולם--
זה בעצם כמו נזלת.
(צחוק)
אתם רואים שברקוד זה הוא מאותה משפחה,
אך הוא שונה משפעת-פארא-3,
שגורמת לכם הצטננות קשה מאד.
אז אנו מקבלים חתימות ייחודיות, טביעת-אצבע לכל וירוס.
פוליו וריינו-וירוס: אותה משפחה, מאד קרובים זה לזה.
ריינו הוא ההצטננות, וכולכם יודעים מהו הפוליו,
ואתם רואים שחתימות אלה הן ייחודיות.
ווירוס ההרפס הקשור בסרקומה ע"ש קפושי
מפיק חתימה נאה, כאן למטה.
כך שלא מדובר ברצועה אחת או משהו בודד
שאומר שיש לי וירוס מסוג מסוים;
זהו ברקוד שמייצג בגוש אחד את כל העסק.
בסדר, אני רואה ריינו-וירוס -
והנה הגדלה של הברקוד הקטן של הריינו-וירוס -
אבל מה עם ריינו-וירוסים שונים?
איך אני יודע איזה ריינו-וירוס יש לי?
יש 102 סוגים של הצטננות,
ויש 102 רק מפני שנמאס לאסוף אותם:
מופיעים סוגים חדשים כל שנה.
ולכן, הנה ארבעה ריינו-וירוסים שונים,
וביכולתכם לראות, במבט מיידי,
בלי שום התאמת-מחשב מפונפנת
באלגוריתמים של תוכנת-זיהוי,
שניתן להבחין בכל ברקוד כזה לעומת היתר.
אז נכון שזו לא חוכמה,
כי אני יודע את הרצף הגנטי של כל הריינו-וירוסים האלה,
ובעצם אני תכננתי את השבב
במפורש כדי לאפשר הבחנה ביניהם,
אך מה עם ריינו-וירוסים שכלל לא פגשו מכשיר ריצוף גנטי?
איננן יודעים מהו הרצף הגנטי; פשוט נביא אותם מהשטח.
אז הנה ארבעה ריינו-וירוסים
שאיננו יודעים עליהם כלום -
איש לא ריצף אותם-- וגם כאן אתם רואים
שאתם מקבלים דפוסים ייחודיים וברי-זיהוי.
אפשר לדמיין בניית ספריה, אמיתית או וירטואלית,
של טביעת-האצבע של כל וירוס, למעשה.
אבל שוב, זה לא כוחות, נכון?
יש לנו תאי תרבית רקמות: זה המון וירוסים.
מה עם בני-אדם אמיתיים?
אי-אפשר לשלוט באנשים אמיתיים, כמו שאתם בטח יודעים.
אין לכם מושג מה מישהו עומד לפלוט בשיעול לתוך ספל,
וזה כנראה באמת מורכב, נכון?
יכולים להיות שם המון חיידקים, ויותר מווירוס אחד,
ואין ספק שיש בזה גם חומר גנטי מארח,
אז איך מתמודדים עם זה?
איך שומרים על שליטה כאן?
ובכן, זה די פשוט.
זה אני, מקבל שטיפת-אף.
והרעיון הוא להרכיב אנשים בווירוס בצורה נסיונית
ואנו-- כל זה אושר ע"י ועדת האתיקה, אגב. שילמו להם.
ובעצם ביצענו תרכיב נסיוני על אנשים
עם וירוס ההצטננות.
או, טוב יותר, בואו וניקח אנשים
ישר מחדר המיון--
לא-מוגדרים. זיהומי דרכי-הנשימה ישר מהרחוב.
אין לך שום מושג מה ייכנס בדלת.
אז בואו נתחיל עם הבקרה החיובית,
כשאנו יודעים שהאדם בריא.
הוא מקבל ריסוס של וירוס לתוך האף,
ונראה מה קורה.
יום 0: לא קורה דבר.
הוא בריא; הוא נקי - זה מדהים.
למעשה חשבנו שמשטח האף יהיה מלא וירוסים
אפילו כשאתה מסתובב לך בריא.
זה נקי למדי. אם אתה בריא, אתה די בריא.
יום 2: אנו מקבלים דפוס טוב של ריינו-וירוס,
אבל זה דומה מאד למה שמתקבל במעבדה
בניסוי תרבית הרקמות.
אז זה נהדר, אבל שוב, קל מדי, נכון?
הכנסנו טונה וירוסים לאף של הבחור הזה. אז-
(צחוק)
- כלומר, רצינו שזה יעבוד, והוא באמת הצטנן.
אז מה עם אנשים שבאים ישר מהרחוב?
אז אלה שני פרטים המיוצגים בקודי זיהוי אלמוניים.
לשניהם יש ריינו-וירוס; עוד לא ראינו דפוס זה במעבדה.
ריצפנו חלק מהווירוסים שלהם;
אלה ריינו-וירוסים חדשים, שאיש עוד לא פגש.
זיכרו שרצפי השימור האבלוציוני שלנו
שבהם אנו משתמשים בגשש, מאפשרים לנו לאתר
אפילו וירוסים חדשים ובלתי-מאופיינים,
כי אנו מחפשים את מה שנשתמר במהלך ההתפתחות.
הנה בחור נוסף. תוכלו לשחק את משחק האיבחון בעצמכם.
הלבנים השונות האלה מייצגות
את הווירוסים השונים במשפחת הפרמיקסו-וירוס,
כך שניתן לעבור על הלבנים
ולראות מהיכן מגיע האות.
אז אין לו כלבת; כנראה שזה טוב.
(צחוק)
אך כשמגיעים ללבנה תשע,
רואים את הווירוס הסינסיציאלי של דרכי-הנשימה.
אולי יש לו צאצאים. ואז גם רואים
את החבר באותה משפחה: כאן למעלה רואים RSVB.
כך שזה גדול.
הנה עוד פרט שנדגם בשני ימים שונים -
ביקורים חוזרים במרפאה.
יש לו שפעת-פארא-1.
אתם רואים כאן רצועה קטנה
של וירוס סנדאיי: זוהי שפעת-פארא של עכברים.
הייחוס הגנטי כאן הוא מאד קרוב. זה כיף גדול.
אז בנינו את השבב.
עשינו שבב שיש עליו כל וירוס מוכר שאי-פעם נתגלה.
למה לא? כל וירוסי הצמחים, החרקים, הימיים.
כל מה שיכולנו למצוא בבנק הגנים -
שהוא המאגר הלאומי של רצפי-גנים.
וכעת אנו משתמשים בשבב זה. ובשביל מה?
קודם כל, כשיש לכם שבב בגודל כזה,
יש צורך בקצת יותר מיחשוב,
אז עיצבנו מערכת שתבצע איבחון אוטומטי.
והרעיון הוא, שיש לנו פשוט דפוסים וירטואליים--
כי לעולם לא נצליח להשיג דגימות של כל הווירוסים;
זה בלתי-אפשרי. אך ביכולתנו לקבל דפוסים וירטואליים.
ולהשוותם לתוצאה הנצפית שלנו,
שהיא תערובת מורכבת מאד, ולהגיע לניקוד כלשהו
לגבי הסבירות שזהו ריינו-וירוס או משהו דומה.
וכך זה נראה.
אם למשל אתם משתמשים בתרבית תאים
שזוהמה בצורה כרונית בגידולי-עור,
מקבלים כאן פלט מחשב קטן,
והאלגוריתם שלנו אומר שזו כנראה פפילומה סוג 18.
וזהו באמת מה שתרבית התאים הזו
זוהמה בו.
אז בואו נעשה משהו יותר קשה.
שמנו איתורית במרפאה.
כשמופיע מישהו שביה"ח לא יודע מה לעשות איתו
כי אינם מסוגלים לאבחן אותו, הם קוראים לנו.
זהו הרעיון, ואנו פרשנו מערכת זו באזור המפרץ.
והמקרה הזה הגיע לפני שלושה שבועות.
יש לנו אישה בריאה בת 28, ללא עבר של טיולים,
אינה מעשנת, אינה שותה.
היסטוריה של עשרה ימי חום, הזעות לילה, ליחה דמית -
יש לה דם בשיעול - כאבי שרירים.
הלכה למרפאה, נתנו לה אנטיביוטיקה, יופי,
ושלחו אותה הביתה.
חזרה אחרי 10 ימי חום - עדיין עם חום -
והיא היפוקסית: אין לה מספיק חמצן בריאות.
עשו לה סריקה טומוגרפית.
בריאה תקינה רואים כאן הרבה צבעים כהים ושחורים.
כל זה לבן - לא טוב.
צורת העץ והניצנים מצביעה על דלקת;
סביר שיש שם זיהום.
בסדר. אז החולה טופלה
באנטיביוטיקה, צפלוספורין דור 3 ודוקסיציקלין,
וביום השלישי זה לא עזר. היא הגיעה לכשל חמור.
הם נאלצו לצנרר אותה, אז הכניסו צינור לגרונה
והחלו לספק לה אוויר באופן מכני.
היא כבר לא יכלה לנשום בעצמה.
מה עושים הלאה? לא יודעים.
מחליפים אנטיביוטיקה. אז הם החליפו אנטיביוטיקה,
וטאמיפלו, ש --
לא ברור מדוע הם חשבו שיש לה שפעת -
אבל הם עברו לטאמיפלו.
וביום הששי הם בעצם ויתרו.
עושים ביופסיה בריאה פתוחה כשאין כל ברירה אחרת.
יש שיעור תמותה של 8% רק מעצם ביצוע תהליך זה,
אז בעצם... ומה הם למדו מכך?
אתם רואים את ביופסיית הריאה הפתוחה שלה.
אני לא פתולוג, אך אי-אפשר ללמוד מזה הרבה.
אלא רק שיש נפיחות רבה: דלקת הסימפונות.
אין כאן שום דבר חדש: זהו דוח הפתולוג.
אז מה הם ציפו למצוא בבדיקות שלה?
יש להם כמובן הבדיקות שלהם,
אז הם בדקו אותה ביותר מ-70 אמצעי איבחון שונים,
בכל סוג של בדיקה חיידקית, פטרייתית וויראלית
שאפשר לקנות בימינו:
סארס, מטפנומו-וירוס, איידס, וירוס סינסיציאלי - כל אלה.
כל התוצאות היו שליליות. בדיקות ביותר מ-100,000 דולר.
כלומר, הם הלכו עד הזוף עם האישה הזו.
ובעצם ביום האישפוז השמיני הם קראו לנו.
הם נתנו לנו ריר תוך-קני --
אתם יודעים, מעט נוזל מתוך הגרון,
משפופרת שהכניסו לשם-- ונתנו לנו את זה.
שמנו זאת על השבב, ומה אנו רואים? שפעת-פארא-4.
אז מה לעזאזל זה שפעת-פארא-4?
איש לא בדק שפעת-פארא-4. איש לא חשב על זה.
למעשה, זה אפילו לא רוצף הרבה.
יש רק רצפים מועטים של זה.
אין שום אפידמיולוגיה או מחקרים על כך.
איש לא היה מעלה זאת בדעתו,
כי לאיש לא היה מושג שזה עלול לגרום לכשל נשימתי.
ומדוע זה? רק עניין של ידע. אין די נתונים--
אין נתונים אם זה גורם לחולי חמור או קל.
ברור שיש לנו מקרה של אדם בריא שמידרדר.
אז זהו דוח-מקרה אחד.
אספר לכם עוד דבר אחד בשתי הדקות האחרונות
שלא פורסם-- זה יתפרסם מחר--
וזה מקרה מעניין שמראה איך אפשר להשתמש בשבב הזה
למצוא משהו חדש ולפתוח דלת חדשה.
סרטן הערמונית. איני צריך לתת לכם הרבה סטטיסטיקה
על סרטן הערמונית. מרביתכם כבר מכירים את זה:
הגורם השלישי במעלה למוות מסרטן בארה"ב.
המון גורמי סיכון,
אך קיימת נטייה גנטית ללקות בסרטן ערמונית.
כ-10% ממקרי סרטן הערמונית
הם אנשים עם נטיה מולדת ללקות בו.
והגן הראשון שמופה במחקרי זיקה גנטית
לכך, בשלב מוקדם של סרטן הערמונית, היה הגן RNASEL.
ומה הוא? זהו אנזים הגנה אנטי-ויראלי.
אז אנו יושבים לנו וחושבים,
למה שגברים שיש להם המוטציה הזו,
פגם במערכת ההגנה בפני וירוסים, ילקו בסרטן הערמונית?
זה לא הגיוני - אלא אם כן יש שם וירוס.
אז שמנו גידולים-- יש לנו מעל 100-- על הגשש שלנו.
ואנו יודעים למי יש פגמים ב-RNASEL ולמי לא.
ואני מראה לכם את האות הזה מהשבב,
ואני מראה זאת עבור גוש רצפי הרטרו-וירוסים.
ומה שאני אומר לכם לפי האות הוא,
שגברים בעלי מוטציה באנזים הגנה אנטי-ויראלי זה,
ושיש להם גידול, לעתים קרובות - 40% מהזמן -
יש להם חתימה שתחשוף סוג חדש של רטרו-וירוס.
בסדר, זה פרוע למדי. מה זה?
אז שיכפלנו את כל הווירוס.
ראשית, אגלה לכם שתחזית אוטומטית קטנה אמרה לנו
שזה דומה מאד לווירוס עכברים.
אך זה לא אומר לנו הרבה,
אז בעצם שיכפלנו את הכל.
והגנום הויראלי שאני מראה לכם בדיוק כאן?
זהו רטרו-וירוס קלסי, אבל הוא חדש לגמרי;
איש לא ראה אותו עד כה.
קרוב-המשפחה הקרוב ביותר שלו הוא בעצם עכברי,
כך שיכולנו לכנות זאת "רטרו-וירוס קסנוטרופי",
כי הוא מדביק מינים אחרים מלבד עכברים.
וזהו עץ-משפחה גנטי קטן
שמראה איך הוא קשור ליתר הווירוסים.
עשינו זאת כבר עבור חולים רבים,
וביכולתנו לקבוע שכולם זיהומים עצמאיים.
לכולם יש אותו הווירוס,
אך הם מספיק שונים כדי שנאמין
שהם נרכשו בזיהום עצמאי.
האם זה באמת נמצא ברקמות? ובכך אסיים. כן.
אנו נוטלים פרוסות מביופסיות של רקמות גידול
ומשתמשים בחומרים כדי לאתר בדיוק את הווירוס,
ואנו מוצאים כאן תאים שבהם חלקיקים ויראליים.
החבר'ה האלה באמת נגועים בווירוס הזה.
האם וירוס זה גורם לסרטן הערמונית?
דבר ממה שאני אומר כאן לא מורה על סיבתיות. איני יודע.
האם זה קשור להתפתחות גידולים? אינני יודע.
האם החבר'ה האלה נוטים במקרה יותר ללקות בווירוסים?
ייתכן. ואולי אין לזה כל קשר לסרטן.
אבל עכשיו זהו פתח.
יש לנו זיקה חזקה בין נוכחות הווירוס הזה
ומוטציה גנטית שבעבר קושרה לסרטן.
כאן אנו עומדים.
חוששני שזה מעלה יותר שאלות מאשר תשובות,
אך זה מה שהמדע באמת טוב בו.
כל זה נעשה ע"י חבר'ה במעבדה;
את רוב הדברים אינני יכול לזקוף לזכותי.
יש שיתוף פעולה ביני לבין דון.
זה הבחור שהתחיל את הפרוייקט במעבדה שלי,
וזה הבחור שמתעסק בענייני הערמונית.
תודה רבה לכם.