1. פרק ט- גנומיקה וגנום האדם
פרק ט- גנומיקה וגנום האדם

2. חידושי המדע
מתחילת שנות ה-90 מדע הגנטיקה קיבל דחיפה עצומה, הודות להתפתחות הטכנולוגיה ולמחקר מדעי נרחב. כיום, תחום זה מעסיק מומחים רבים בעולם כולו, אשר מנסים לחקור מנגנונים גנטיים כדי ללמוד ולהבין יותר לעומק תהליכים ביולוגיים המתרחשים ברמת התא, היצור החי והמערכת האקולוגית כולה.
כמו כן, נעזרים בידע הקיים בגנטיקה ובטכנולוגיות מתקדמות, לפיתוח יישומים שונים בתעשייה וברפואה.
מחקרים במדע הגנטיקה נעשים ברמות שונות:
כרומוזום, גן, זוגות הבסיסים ב-DNA.

3. האדם- גנום המין וגנום הפרט - קריאה עמוד 254.
פרויקט הגנום האנושי
מהו גנום?
כל המידע התורשתי של אורגניזם כלשהו המקודד ב-DNA שמרכיב את הכרומוזומים, ומצוי בגרעין התא של כל תא בגופו.
לכל אורגניזם יש, בכל אחד מתאיו, DNA המאורגן בכרומוזומים - זהו הגנום המאפיין את כלל הפרטים של אורגניזמים בני אותו מין. לאורגניזמים ממינים שונים, גנום שונה: יש הבדלים במספר הכרומוזומים, בגנים וסידורם על גבי הכרומוזומים וברצף הנוקליאוטידים.
אולם גם בגנום של אורגניזמים בני אותו המין יש הבדלים קטנים בין פרט לפרט (ברצף הנוקליאוטידים בלבד).
קריאה : עמודים
האדם- גנום המין וגנום הפרט - קריאה עמוד 254.

4. פרויקט הגנום האנושי
הגנום האנושי הוא כל המידע התורשתי של האדם המקודד ב-DNA שמרכיב את הכרומוזומים, ומצוי בגרעין התא של כל תא בגוף האדם.
בשנת 1990 החל אחד המיזמים השאפתניים והחשובים ביותר של סוף המאה ה-20:
פרויקט הגנום האנושי. מטרת הפרויקט היתה לרצף ולמפות את הגנום האנושי במלואו – כלומר, לזהות את הרצף המדויק של כל זוגות הבסיסים ב-DNA של האדם, להכיר את כל הגנים ולמפות אותם על גבי רצף ה-DNA.
מדענים וצוותי מחקר רבים מכל רחבי העולם לקחו חלק בפרויקט. לדוגמה, חוקרים ממכון ויצמן למדע היו מעורבים בריצוף ומיפוי כרומוזום מספר 17 וחוקרים מאוניברסיטת תל-אביב השתתפו בריצוף ומיפוי כרומוזום מספר 11.
בשנת 2006 הסתיים המיפוי המלא של כל הכרומוזומים של האדם והתקבל מאגר מידע של כלל בסיסי ה-DNA והגנים בגנום האנושי, כמעין אנציקלופדיה של החומר התורשתי של האדם.
חשבו:
מדוע היה חשוב לגלות את כל רצף הבסיסים ב-DNA? מהם היתרונות במאגר מידע שמרכז את הנתונים שנתקבלו בעקבות פרויקט הגנום האנושי?

5. פרויקט הגנום האנושי
חשבו -
מדוע היה חשוב לגלות את כל רצף הבסיסים ב-DNA? מהם היתרונות במאגר מידע שמרכז את הנתונים שנתקבלו בעקבות פרויקט הגנום האנושי?
השלמתו של פרויקט הגנום האנושי הביאה להתקדמות מרחיקת לכת בחקר התורשה וברפואה. הפרויקט תרם רבות ל...
הבנה של תפקוד כל הגנים
איתור גנים פגומים הגורמים למחלות תורשתיות שונות
פיתוח בדיקות לאבחון גנים פגומים- אבחון טרום לידה.
ואולי, בעתיד, גם ריפוי גני: תיקון גנים פגומים או החלפתם בגנים תקינים.
חשבו:
אילו שימושים ויישומים עתידיים יכולים להיות לפרויקט הגנום האנושי? תנו דוגמאות

6. פרויקט הגנום האנושי
אילו שימושים ויישומים עתידיים יכולים להיות לפרויקט הגנום האנושי? תנו דוגמאות
תשובה:
איתור מוטציות גנטיות בגנים שונים- זיהוי גנטי
איתור נשאים למוטציות
אבחון מחלות תורשתיות בעוברים- אבחון טרום לידה וייעוץ גנטי
אבחון הסיכון לחלות במחלות תורשתיות בבוגרים
אבחון מוקדם של מוטציות ושינויים בתאים סרטניים
ריפוי גני – תיקון או החלפה של גנים פגומים
טיפול רפואי "מותאם אישית" המסתמך על פיצוח רצף ה-DNA של החולה
הנדסה גנטית- מאפשרת שינויים מכוונים בדנ"א של תא או של אורגניזם (פריצת מחסום המינים).

7. יישומי הידע על גנום האדם
כיום ידוע רצף הבסיסים של גנום האדם, כמו גם רצף הבסיסים בגנום של אורגניזמים רבים אחרים. יידע זה הוא פרי של פרויקט הגנום האנושי. בפרויקט הגנום האנושי מדענים מרחבי העולם, כולל מדענים ישראלים, שתפו פעולה על מנת לרצף את הגנום, כלומר לגלות את רצף הבסיסים ב-DNA של האדם.
ואולם, למרות שהרצף ידוע, לא כל הגנים הכלולים ברצף זה, ידועים. המשימה הבאה העומדת בפני המדענים לזהות את כל הגנים ב-DNA, ואת תוצריהם החלבוניים ותפקידיהם.
הידע על גנום האדם ועוד אורגניזמים מיושם בתחומים שונים כגון:
ריפוי גני
הנדסה גנטית
נעסוק בכך במצגת
ייחודית לנושא זה.
התאמה אישית
של תרופות
על פי הפרופיל הגנטי של המטופל.
זיהוי גנטי לצורך:
אבחון מחלות תורשתיות וייעוץ גנטי, קביעת קרבה משפחתית (למשל אבהות), וזיהוי פלילי.
יישומים אלה הם עדיין
בראשית דרכם. 7

8. בדיקת "טביעת האצבע" של ה-DNA, שלב א': חיתוך ה-DNA בעזרת אנזימי הגבלה
א. חיתוך ה-DNA בעזרת אנזימי הגבלה (אנזימי הגבלה) . אנזימי הגבלה הם אנזימים החותכים את ה-DNA. כל אנזים הגבלה חותך את ה-DNA באתרי חיתוך ייחודיים המאופיינים ברצף
בסיסים ייחודי . דוגמה: אנזים ההגבלה הנקרא EcoRI חותך את ה-DNA בכל מקום שיש בו את רצף הבסיסים GAATTC.
קריאה: טביעת האצבעות של ה-DNA וקיטוע DNA בעזרת אנזימי קיטוע - עמוד
בשל השוני הגנטי ברצף הבסיסים בין בני האדם יש שוני במיקום אתרי החיתוך של אנזימי ההגבלה, ובמספרם. ולכן אם נחתוך את ה-DNA של אנשים שונים באותם אנזימי הגבלה יתקבלו קטעים באורך שונה.
למה הדבר דומה?
אם נחתוך שני דפים שכתובים בהם טקסטים שונים בכל מקום שמופיעה בו למשל המילה "את". מכיוון שהטקסטים שונים, המילה "את" מופיעה בהם בתדירות שונה ובמיקומים שונים ולכן יתקבלו מחיתוך כל דף מספר קטעי נייר שונה, ואורך הקטעים יהיה שונה.
GAATTC ACTGTTA GAATTCGTCGAATTC CTTAAG TGACAAT CTTAAGCAGCTTAAG 8

9. בדיקת "טביעת האצבע" של ה-DNA, שלב ב': אלקטרופורזה בג'ל
ב. שכפול קטעים קצרים (מבין הקטעים שהתקבלו) של DNA בשיטת PCR על מנת
לקבל כמות המספיקה לביצוע הבדיקות. הקטעים המשוכפלים הם אלה שלגביהם מניחים
שהם שונים בין בני אדם שונים, ובהם הבדיקה תתמקד. נעסוק בשיטת ה-PCR בהמשך.
ג. הפרדה בין קטעי ה-DNA בשיטת אלקטרופורזה בג'ל.
שמים את תערובת הקטעים בקצהו של משטח ג'ל, גל הוא חומר מוצק למחצה, הדומה לג'לטין המשמש בבישול. למשך פרק זמן מסוים, יוצרים בג'ל שדה חשמלי, כך שיש לו קוטב אחד שלילי וקוטב אחר חיובי. שמים את תערובת קטעי ה-DNA בקצהו השלילי של הג'ל, ומכיוון של-DNA יש מטען חשמלי שלילי, הוא ימשך וינוע לעבר קצה הג'ל החיובי.
אולם יש הבדל ב"מהירות הריצה" של הקטעים: ככל שהקטע קצר יותר הוא ינוע למרחק גדול יותר. כך מתקבלת הפרדה בין הקטעים על פי אורכם.
קצה חיובי
קצה שלילי
שקעים להטענת
תערובות קטעי
ה-DNA הנבדקות.
כיצד יודעים מה אורכו של מקטע DNA?- עפ"י שיטת אלקרופורזה בג'ל (עמודים ).
סרטון אלקטרופורזה בג'ל
התוצאות בשקף הבא.
© Joseph Elsbernd
ראו הדמייה של השיטה.

10. בדיקת "טביעת האצבע" של ה-DNA, שלב ג': זיהוי קטעי DNA באמצעות גלאי
הגלאי מסומן בחומר רדיואקטיבי או פלואורוסנטי, הגלאי בדוגמה זו מסומן בחומר פלאורוסנטי ורוד. 2 1 3 4 5
בג'ל זה נבדקו 5 תערובות של קטעי DNA (מסלולים 1-5).
במסלול השמאלי הורצה תערובת
קטעי DNA באורכים ידועים על
מנת לשמש כסרגל להארכת אורך קטעי ה-DNA הנבדקות.
שימוש בגלאי לזיהוי רצף בסיסים ב-DNA- עמודים
Mnolf, Wikimedia commons< (CC BY-SA 3.0< 10

11. שאלה 1: פיענוח תוצאות בדיקת טביעות האצבע של ה-DNA (זיהוי פלילי)
בזירת פשע נמצאו פיסות עור של הפושע.
במעבדת לזיהוי פלילי של המשטרה הפיקו מהתאים את ה- DNA ובדקו את טביעות האצבע שלו. בידי המשטרה יש שני חשודים שמהם נלקחו דגימות תאים שנבדקו באותו אופן.
להלן תוצאות ההרצה בג'ל אלקטרופורזה.
מי מהחשודים הוא הפושע? נמקו על פי התוצאות.
חשוד א'
חשוד ב'
הפושע 11

12. בזירת פשע נמצאו פיסות עור של הפושע.
תשובה
שאלה 1:
בזירת פשע נמצאו פיסות עור של הפושע.
במעבדת לזיהוי פלילי של המשטרה הפיקו מהתאים את ה- DNA ובדקו את טביעות האצבע שלו. בידי המשטרה יש שני חשודים שמהם נלקחו דגימות תאים שנבדקו באותו אופן.
להלן תוצאות ההרצה בג'ל אלקטרופורזה.
מי מהחשודים הוא הפושע? נמקו על פי התוצאות.
חשוד א'
חשוד ב'
הפושע
תשובה:
חשוד א' הוא הפושע מכיוון שיש זהות בתוצאות
בדיקת טביעת האצבע של ה-DNA שלו ושל הפושע.

13. שאלה 2: פיענוח תוצאות בדיקת טביעות האצבע של ה-DNA (קביעת אבהות)
גבר צעיר שהקשר בינו לבין אביו אבד בהיותו תינוק, פוגש גבר מבוגר שהוא חושב שיתכן שהוא אביו.
השניים ערכו בדיקת טביעות האצבע של ה-DNA. לשם השוואה ערכו בדיקה גם לעובד המעבדה, שברור שאין לו כל קשר משפחתי לשני האנשים הנבדקים.
ולהלן התוצאות:
מהי הסבירות שהאדם המבוגר הוא אכן
אביו הביולוגי של הגבר הצעיר? נמקו.
גבר
צעיר
גבר מבוגר
עובד
המעבדה 13

14. מהי הסבירות שהאדם המבוגר הוא אכן אביו הביולוגי של הגבר הצעיר? נמקו.
תשובה
שאלה 2:
גבר צעיר שהקשר בינו לבין אביו אבד בהיותו תינוק, פוגש גבר מבוגר שהוא חושב שיתכן שהוא אביו.
השניים ערכו בדיקת טביעות האצבע של ה-DNA. לשם השוואה ערכו בדיקה גם לעובד המעבדה, שברור שאין לו כל קשר משפחתי לשני האנשים הנבדקים.
ולהלן התוצאות.
מהי הסבירות שהאדם המבוגר הוא אכן אביו הביולוגי של הגבר הצעיר? נמקו.
גבר
צעיר
גבר מבוגר
עובד
המעבדה
תשובה:
יש סבירות גבוהה שהאדם המבוגר הוא
אבי הצעיר מכיוון שיש דמיון רב בין תוצאות
הבדיקות שלהם.
אין זהות מכיוון שהגנום מושפע גם מהאם. 14

15. ריבוי מהיר של קטעי DNA קצרים בשיטת PCR Polymerase Chain Reaction
על מנת לעשות את היישומים השונים הקשורים ל-DNA בהם עסקנו (כגון הנדסה גנטית, וזיהוי פלילי) יש צורך בכמות מינימלית של DNA שתאפשר את ביצוע היישומים.
שיטת ה-PCR מאפשרת להכפיל בקלות ובפשטות, כמויות זעירות של מקטע DNA פי מיליארדים ובזמן של מספר שעות.
השיטה פותחה בראשית שנות השמונים של המאה הקודמת על-ידי קארי מוליס (שאף זכה בפרס נובל על המצאתו). והיא דחפה את הביולוגיה מולקולרית בצעדי ענק לעבר מעמדה הנוכחי.
באילו תחומים משתמשים בשיטת ה-PCR?
במחקר המדעי בתחומי הביולוגיה, הרפואה ואפילו מחקר היסטורי (מחקר על בני אדם ויצורים אחרים מתקופות קדומות על פי שרידי DNA שלהם שנמצאו, אבל בכמויות קטנות מדי).
בתחום המשפט האזרחי והפלילי.
דוגמה: בזירת פשע נמצאו שרידי עור של הפושע. אפשר למצות המתאים את ה-DNA
ולהרבות אותם על מנת שאפשר יהיה לזהות את החשוד בפשע.

16. PCR – "מכונת השכפול הביולוגית"
שיטת PCR מאפשרת יצירת עותקים רבים של מקטע DNA ע"י שכפול חוזר ונשנה של מקטע זה.
לדוגמה:
למען הפשטות נתאר
אותו באופן הבא:
מקטע
DNA
בעזרת שיטת ה-PCR אפשר לקבל בתוך זמן קצר, אחרי 4 מחזורי שכפול 16עותקים של מקטע ה-DNA. ואפשר להמשיך ולקבל מספר עצום של עותקים.
איך עושים את זה? ולאיזה צורך?
על כך בשקפים הבאים.

17. איך פועלת שיטת ה-PCR?
תחלים- מקטע DNA או RNA קצר הדרוש כנקודת התחלה לאנזים DNA פולימראז בתהליך ההכפלה של DNA. יש צורך בתחלים גם בתהליך ה- PCR המבוסס על תהליך שכפול ה- DNA. התחל מורכב לרוב מ נוקליאוטידים ומשלים לרצף באורך זה באחד מגדילי ה- DNA. איחוי תחלים מתייחס לחיבור התחל למקטע ה- DNA המשלים שלו.
ארגז הכלים (מה צריך?)
אנזים מתעתק
תחלים
נוקליאוטידים (,A (T ,C ,G
מקטע ה-DNA
התחלים הם קטעי RNA קצרים בעלי רצף בסיסים משלים לרצף הבסיסים בקצוות גדילי
ה-DNA . כל אחד מהתחלים משמש כאתר להתחלת השכפול ע"י האנזים.
מקטע ה-DNA
מעלים את הטמפרטורה, שני גדילי ה-DNA נפתחים,
התחלים נצמדים,
והאנזים המשכפל משלים את הגדילים.

18. איך פועלת שיטת ה-PCR?
מחזור הכפלה אחד
מקטע ה-DNA
שלב א':
הפרדה בין שני גדילי ה-DNA באמצעות טמפרטורה גבוהה
שלב ב':
קישור תחלים
שלב ג':
הארכת הגדילים ע"י
האנזים המשכפל
באותו אופן אפשר להמשיך ולשכפל את שני העתקים שנוצרו, ולקבל 4 העתקים,
וחוזר חלילה
נקודה למחשבה: איך האנזים פועל בטמפרטורות גבוהות?
סרטון PCR

19. שאלה 3: טביעות האצבע של ה-DNA
שאלה 3: בחינת בגרות תשס"ז
א. ציינו שני יישומים של בדיקות לזיהוי הפרט.
ב. הסבר יתרון אחד שיש בשימוש ב-DNA ליישומים אלה לעומת השימוש בסוג דם.
 ג. ציינו שתי שיטות עבודה שבהן נעזרים במהלך חיפוש אחר "טביעת האצבעות של
ה-DNA” (בדיקות DNA לשם זיהוי הפרט), והסבר מהי התרומה של כל אחת
מהשיטות לתהליך זיהוי הפרט. (אין צורך לכתוב פירוט טכני של שיטות העבודה).

20. א. זיהוי פלילי, בדיקת אבהות. ב. יתרונות:
תשובה
שאלה 3: בחינת בגרות תשס"ז
תשובה:
א. זיהוי פלילי, בדיקת אבהות.
ב. יתרונות:
רצף ה-DNA ייחודי הרבה יותר מסוג דם, ועל כן הוא מאפשר זיהוי ודאי יותר.
אין צורך בהכרח בדם. אפשר להשתמש גם בחומרים אחרים (שערות זרע).
מספיקה כמות קטנה של החומר.
ג. שיטות העבודה המשמשות לבדיקת ה-DNA :
חיתוך ה-DNA באמצעות אנזימי הגבלה: בשימוש באותם אנזימי הגבלה, נוצרים קטעים באורך שונה בבדיקות של אנשים שונים.
PCR: בשיטה זו מרבים קטעי ה-DNA , וזה מאפשר ביצוע בדיקות גם כאשר
הכמות המקורית של ה-DNA הייתה מזערית.
אלקטרופורזה בג'ל: מאפשרת את ההפרדה בין הקטעים על פי אורכם.
שימוש בגלאי: מאפשר זיהוי רצפים ספציפיים בתוך קטעי ה-DNA. 20

21. פרק י- יישומי הידע בגנטיקה
פרק י- יישומי הידע בגנטיקה
קריאה עמודים

22. הנדסה גנטית
שינויים מכוונים ב-DNA של תא או יצור הנעשים ע"י האדם לשם מחקר או לשם יישום ברפואה, חקלאות ועוד.
מקנה לנו יכולת להעביר תכונות תורשתיות, כחומר כימי, גם מחוץ למין.
יצור טרנסגני- יצור שהגנום שלו שונה בשיטות מעבדה, ע"י הכנסת DNA ממקור זר לתאיו.

23. שאלה 1: הנדסה גנטית
שאלה 1:
שלשת הבסיסיםAAA ב-DNA  בתאי אדם מקודדת לחומצה האמינית גליצין. לאיזו חומצה אמינית מקודדת שלשת בסיסים זו בתאי עכבר ובתאי צפרדע?
א. בעכבר - לחומצה האמינית גליצין אך בצפרדע, שאינו יונק - לחומצה האמינית פרולין.
ב. בעכבר - לחומצה האמינית גליצין אך בצפרדע, שאינו יונק - לחומצה האמינית גלוטמין.
ג. לא ניתן לדעת מפני שישנם הבדלים בקוד הגנטי בין יצורים שונים.
ד. גם בעכבר וגם בצפרדע היא מקודדת לחומצה האמינית גליצין.

24. תשובה 1: הנדסה גנטית
שאלה 1:
שלשת הבסיסיםAAA ב-DNA  בתאי אדם מקודדת לחומצה האמינית גליצין. לאיזו חומצה אמינית מקודדת שלשת בסיסים זו בתאי עכבר ובתאי צפרדע?
א. בעכבר - לחומצה האמינית גליצין אך בצפרדע, שאינו יונק - לחומצה האמינית פרולין.
ב. בעכבר - לחומצה האמינית גליצין אך בצפרדע, שאינו יונק - לחומצה האמינית גלוטמין.
ג. לא ניתן לדעת מפני שישנם הבדלים בקוד הגנטי בין יצורים שונים.
ד. גם בעכבר וגם בצפרדע היא מקודדת לחומצה האמינית גליצין.
תשובה:
התשובה הנכונה היא ד'.
בכל היצורים, בין אם מדובר באדם, עכבר או צפרדע, קודון כלשהו מתורגם לאותה חומצת אמינו בדיוק. זוהי תכונת האוניברסליות של הקוד הגנטי.

25. קישור: עכברים טרנסגנים
הנדסה גנטית
ההנדסה הגנטית מאפשרת...
העברת גנים בין יצורים מקבוצות שונות. למשל, העברת גנים מחיידקים לבע"ח.
שיפור גנים הקיימים ביצור.
השפעה על רמת הביטוי של גנים והזמן בו הם מתבטאים (בקרה על התעתוק).
להנדסה הגנטית יש השפעה גדולה על החברה האנושית והסביבה. חוקרים רבים עוסקים היום בתחום ההנדסה הגנטית הן במחקר מדעי טהור והן בפיתוח יישומים שונים בתעשייה, בחקלאות וברפואה.
עוברים של עכבר טרנסגני שהוחדר אליו, בהנדסה גנטית, גן שהתוצר שלו הוא חלבון הצובע בכחול את תאי העצב של מערכת העצבים התחושתית.
קישור: עכברים טרנסגנים
© Dr. Avraham Yaron, Weizmann Institute of Science
העכברים הטרנסגניים Brn3a-LacZ נוצרו וצולמו במעבדתו של ד"ר אברהם ירון, מכון ויצמן למדע

26. כלים בסיסיים בהנדסה גנטית: שלב א' – בידוד הגן הרצוי (חיתוך מ-DNA)
בידוד הגן הרצוי: לדוגמה, הגן ליצירת אינסולין. יש שתי דרכים עיקריות לבידוד הגן:
1. חיתוך מקטע ה-DNA הכולל את הגן מתוך תאי אדם.
כדי לחתוך את הגן צריכים:
לדעת את מיקום הגן המדויק (באיזה כרומוזום הוא נמצא והיכן בכרומוזום).
מידע זה אפשר למצוא במאגרי מידע המבוססים על מחקרים שונים. איתור הגן יכול
להיעשות בעזרת שימוש בגלאי.
לחתוך את הגן בעזרת אנזימי הגבלה (אנזימי קיטוע) מתאימים. אנזימי ההגבלה הם ה"מספריים הביולוגיים". אלו הם אנזימים החותכים את ה-DNA באתרים שבהם יש רצף בסיסים מסוים. כל אנזים חותך ברצף בסיסים אחר.
יש לאתר ב-DNA משני צדי הגן אתרי חיתוך של אנזימי הגבלה ולהשתמש
באנזימים אלה לחיתוך ה-DNA.
דוגמה: אנזים ההגבלה הנקרא EcoRI חותך את ה-DNA בכל מקום בו יש את
רצף הבסיסים GAATTC.
GAATTC ACTGTTA GAATTCGTCGAATTC CTTAAG TGACAAT CTTAAGCAGCTTAAG
מקטע DNA הכולל את הגן.
משני קצות הגן יש אתרי חיתוך של אנזים ההגבלה EcoRI
לאנזימי ההגבלה יש חשיבות עליונה בהנדסה גנטית.
גילויים (הם בודדו מחיידקים) אפשר את ההנדסה הגנטית. 26

27. A U C A G G U A G U C C אנימציה- הכנת cDNA
כלים בסיסיים בהנדסה גנטית: שלב א' – בידוד הגן הרצוי (הכנת cDNA)- complemaintary DNA = דנ"א משלים
הדרך הנוספת לבידוד הגן הרצוי:
2. הכנת DNA משלים (cDNA) של הגן.
אינסולין מיוצר בתאי β בלבלב, כלומר הגן ליצירת אינסולין עובר בהם תהליך תעתוק ותרגום,
ולכן אפשר לבודד מתאי β, RNA שליח הנושא את המידע ליצירת אינסולין.
נעזרים באנזים שבודד מנגיפים הנקרא המתעתק-הפוך (RNA-transcriptase) על מנת
ליצור גדיל DNA המשלים לרצף הבסיסים ב-RNA שבודד.
היתרון בבידוד הגן בדרך זו הוא שהוא אינו מכיל אינטרונים (קטעים שהושמטו מה-mRNA המקורי בתהליך השחבור), וכולל רק את הרצף המתורגם לחלבון אינסולין.
תהליך השחבור אינו מתקיים בחיידקים, ולכן אם מעבירים את הגן לחיידקים יש להשתמש
ב-cDNA .
A U C A G G
U A G U C C
RNA
cDNA שיוצר על ידי האנזים המתעתק הפוך
אנימציה- הכנת cDNA
לאחר בידוד הגן, יוצרים מספר רב של עותקים שלו בעזרת שיטת ה-PCR. 27

28. שלב ב': החדרת הגן לנשא של חומר תורשתי (פלסמיד)
משלבים את הגן שבודד בתוך נשא של חומר תורשתי, ומחדירים בעזרתו את הגן לחיידקים.
נשא החומר התורשתי יכול להיות פלסמיד או נגיף.
הגנום של החיידקים מאורגן בדרך כלל במולקולת DNA מעגלית חד גדילית. נוסף למולקולה זו אפשר למצוא בציטופלסמה של חיידקים רבים מולקולות DNA טבעתיות נוספות, קטנות מאוד. טבעות אלו נקראות פלסמידים. לפלסמידים כושר שכפול עצמי כלומר, הם יכולים להתרבות בתא ללא תלות בהתרבות DNA החיידק ומועברים לצאצאי החיידק. הפלסמידים יכולים לעבור מתא חיידק אחד לתא אחר, לעיתים הם עוברים גם לחיידק מסוג אחר. ב-DNA של רבים מהפלסמידים נמצאים גם רצפי בסיסים שהם גנים, ביניהם גנים המקנים עמידות נגד אנטיביוטיקה. גנים אלה יכולים להתבטא בתא שבו נמצא הפלסמיד, וכך החיידק המכיל פלסמיד עם גן המקנה עמידות לאנטיביוטיקה כלשהי יהיה עמיד לאנטיביוטיקה זו. זוהי אחת הדרכים המרכזיות שבהם חיידקים רוכשים עמידות לאנטיביוטיקה.
כדי להיעזר בפלסמידים לשם החדרת DNA זר לתא יש לשלב את קטע ה- DNA שאנו מעוניינים בו לתוך DNA הפלסמיד, ואחר יש להחדיר את הפלסמיד לתא החיידק. בדרך דומה אפשר להיעזר בפלסמידים כדי להחדיר קטעי DNA גם לתאים אאוקריוטים.
הפלסמיד משמש אפוא כמעביר (vector) של קטע DNA.
עושים שימוש רב בפלסמידים בהנדסה גנטית. מחדירים לתוכם את הגן הרצוי, וגורמים לכך שהם יחדרו לתא החיידק, בעזרת טיפול שגורם לקרום תא החיידק להיות יותר חדיר לפרק זמן קצר.
פלסמיד 28

29. שלב ב': העברת גן ליצירת אינסולין מתא אדם לתא חיידק באמצעות פלסמיד
תא חיידק שממנו נלקח הפלסמיד*
תא אדם ממנו נלקח הגן ליצירת אינסולין
מקטע DNA הכולל את
הגן ליצירת אינסולין
פלסמיד רקומביננטי**
(פלסמיד שבו שולב הגן ליצירת אינסולין
החדרת הפלסמיד הרקומביננטי
לחיידק המקבל
החיידק המהונדס (הרקומביננטי) מייצר אינסולין (בתהליך תעתוק ותרגום),
ומעביר את הפלסמיד עם הגן לצאצאיו.
* כיום משתמשים בפלסמידים הדומים של
החיידקים. מייצרים אותם באופן מלאכותי.
** רקומביננטי= שיש בו צירופי גנים חדשים. 29

30. פלסמידים
בחידק

31. הנדסה גנטית – יישומים בתחום הרפואה: ייצור הורמונים וריפוי גני
ייצור הורמונים בעזרת העברת הגן לייצורם מתאי אדם לתאי חיידקים:
אינסולין
הורמון הגורם להגברת
קצב הכניסה של גלוקוז לתאי השריר ולתאים אחרים.
בעבר, ההורמון הופק מבלוטות היפופיזה של
פרות וחזירים. ההורמון המופק בהנדסה גנטית
זול יותר ונקי יותר.
הורמון הגדילה
יוצר לראשונה ב-1979.זהו החומר הראשון
בעולם שיוצר בשיטות של הנדסה גנטית.
ההורמון גורם לגידול העצמות,
ההורמון ניתן לילדים שגידולם מעוכב.
מחסור קיצוני בהורמון בגוף עלול לגרום לגמדות.
ריפוי גני
החדרת גן תקים לתאיו של אדם הלוקה במחלה
תורשתית. יישום זה הוא עדיין בראשית דרכו.
Photo:  PerPlex (Wikimedia commons)
מזרק אינסולין המשמש אנשים חולי סוכרת
אדם הסובל מגמדות
מחסור בהורמון הגדילה
הוא אחת הסיבות לגמדות
Library of Congress, Prints & Photographs Division,
LC-DIG-cwpbh-01950 31

32. אינסולין

33. הורמון גדילה
מופרש מבלוטת יותר המוח (היפופיזה) ומתפקד בין היתר כמווסת ייצור חלבונים וממריץ צמיחת עצמות בילדים.
מחסור בהורמון זה אצל ילדים יגרום לעצירת הגדילה, לקומה נמוכה ואף לגמדות.
עודף בהורמון יגרום לקומה גבוהה וענקות.

34. ריפוי גני ריפוי גני- קריאה: עמודים 291-292.
אנשים רבים ברחבי העולם סובלים ממחלות גנטיות שונות, שחלקן הן מחלות קשות ביותר.
בדרך כלל, אין כיום דרכים לריפוי מוחלט של המחלות. אפשרויות הריפוי הגני הן עדיין בשלבי פיתוח וניסוי ראשוניים, והם אינן מיושמות כהליך מקובל. עיקר הטיפול הרפואי מתמקד כיום בהקלת סבל החולים, ובמניעת הולדת ילדים החולים במחלות קשות וקטלניות.(בחברות דתיות למשל, על ידי מניעת נישואים בין בני זוג ששניהם נושאי אלל הגורם למחלה תורשתית רצסיבית קשה).
ברחבי העולם נעשו ניסיונות לריפוי גני, אולם הם נתקלו בקשיים רבים, וחלקם לא הצליחו. הריפוי הגני מבוסס על החדרת גן תקין לתאים פגועים ברקמה כלשהי באמצעות וירוס. לדוגמא רקמת אפיתל דרכי הנשימה בחולי סיסטיק פיברוזיס.
הצלחת הטיפול מותנית בכך שהגן התקין יגיע לתאים הנכונים, וישתלב בגנום באופן שאינו פוגע בפעילות גנים אחרים, ושפעילותו תהיה מבוקרת באופן הנדרש על פי מצב התאים.
ריפוי גני- קריאה: עמודים 34

35. ריפוי גני חוץ-גופי של תאי כבד.
במקרה זה הנשא הוא וירוס ולא פלסמיד.
סרטון: ריפוי גני של ילדי הבועה.

36. ב. בעבר השתמשו באינסולין שהופק מבעלי חיים.
שאלה 2
שאלה 2: בגרות תשס"ז
האינסולין שמזריקים כיום לחולי סוכרת מופק מחיידקים שהונדסו גנטית במיוחד לשם הפקת אינסולין של אדם.
א. ציינו את השלבים העיקריים של תהליך ההנדסה הגנטית של החיידקים לצורך הפקת
אינסולין.
ב. בעבר השתמשו באינסולין שהופק מבעלי חיים.
ציינו שני יתרונות שיש בהפקת אינסולין מחיידקים מהונדסים לעומת הפקתו מבעלי חיים. 36

37. תשובה 2א: שלבי ייצור אינסולין בשיטות של הנדסה גנטית
שאלה 2: בגרות תשס"ז
האינסולין שמזריקים כיום לחולי סוכרת מופק מחיידקים שהונדסו גנטית במיוחד לשם הפקת אינסולין של אדם.
א. ציינו את השלבים העיקריים של תהליך ההנדסה הגנטית של החיידקים לצורך הפקת
אינסולין.
ב. בעבר השתמשו באינסולין שהופק מבעלי חיים.
ציינו שני יתרונות שיש בהפקת אינסולין מחיידקים מהונדסים לעומת הפקתו מבעלי חיים.
תשובה:
א. שלבי התהליך שבאמצעותו מתקבלים חיידקים המייצרים אינסולין של אדם הם:
חיתוך קטע DNA של אדם ובידוד המקטע המקודד לאינסולין
בידוד קטע DNA של חיידק וחיתוכו
השתלת הגן שבודד מ – DNA של אדם בפלסמיד / בקטע DNA של חיידק
השתלת הפלסמיד או קטע ה – DNA המכיל את הגן של האדם לחיידק וריבוי החיידקים.
ב. בשקף הבא. 37

38. תשובה 2ב: יתרונות השימוש בתרופות המיוצרות בהנדסה גנטית
שאלה 2: בגרות תשס"ז
האינסולין שמזריקים כיום לחולי סוכרת מופק מחיידקים שהונדסו גנטית במיוחד לשם הפקת אינסולין של אדם.
א. ציינו את השלבים העיקריים של תהליך ההנדסה הגנטית של החיידקים לצורך הפקת
אינסולין.
ב. בעבר השתמשו באינסולין שהופק מבעלי חיים.
ציינו שני יתרונות שיש בהפקת אינסולין מחיידקים מהונדסים לעומת הפקתו מבעלי חיים.
תשובה:
ב. יתרונות בהפקת אינסולין מחיידקים מהונדסים:
אינסולין שהופק מחיידקים הוא אינסולין אנושי (הופק מגן של תאי אדם) ולכן לא תהיה תגובה חיסונית של דחייה בגוף המקבל. כמו כן מותאם יותר לרצפטורים בקרומי התאים ולכן יעיל יותר.
תהליך מהיר יותר בגלל קצב ההתרבות המהיר של החיידקים, ולכן ניתן להפיק כמויות גדולות יותר.
עלות ההפקה נמוכה.
קל יותר לקבל מוצר נקי. הסיכוי להעברת מחלות קטן יותר. 38

39. שאלה 3: הנדסה גנטית ברפואה
שאלה 3 (מתוך בחינת בגרות 2005):
אפשר לייצר כמויות גדולות של החלבון אינסולין, על ידי כך שמחדירים לחיידקים DNA שמקורו בגן המקודד לאינסולין באדם.
איזו תכונה של הצופן (הקוד) הגנטי מאפשרת ייצור אינסולין בדרך זו?

40. תשובה 3: הנדסה גנטית ברפואה
שאלה 3 (מתוך בחינת בגרות 2005):
אפשר לייצר כמויות גדולות של החלבון אינסולין, על ידי כך שמחדירים לחיידקים DNA שמקורו בגן המקודד לאינסולין באדם.
איזו תכונה של הצופן (הקוד) הגנטי מאפשרת ייצור אינסולין בדרך זו?
תשובה:
תכונת האוניברסליות של הקוד הגנטי היא שמאפשרת לייצר אינסולין אנושי באמצעות הנדסה גנטית בחיידקים. הגן המקודד לאינסולין באדם אשר הוחדר לתוך החיידק, יתורגם לאותו חלבון בדיוק, גם בחיידק – חלבון אינסולין של אדם.

41. הנדסה גנטית בחקלאות ותעשיית המזון
להנדסה הגנטית שימושים רבים בתחום החקלאות ותעשיית המזון. חברות ביוטכנולוגיות מיישמות את ההנדסה הגנטית בעיקר בצמחים המיועדים למאכל אך גם בחיות משק, כדי לקבל תכונות רצויות או להגדיל את התוצרת. לדוגמה, בגידולי התירס: יותר מ-60% מיבול התירס בארצות-הברית כיום הוא מגידולי תירס טרנסגני (= מהונדס גנטית)!
בחקלאות מתבצעים זיווגים מכוונים במטרה לטפח זנים חדשים!
קריאה: עמודים
מעניין לדעת...
בין היצורים הראשונים שהונדסו גנטית לצרכים מסחריים היו דגי זברה שהונדסו גנטית ליצירת דגים טרנסגניים בצבעים זוהרים: צהוב, ירוק, ורוד, כתום. מין מהונדס זה נקרא בשם GloFish ®
(לצפייה בסרטונים של דגי GloFish ® היכנסו אל הקישור)
אנימציה: הנדסה גנטית בצמחים.
חשבו:
מה אפשר לשנות ולשפר בהנדסה גנטית של צמחי מאכל וחיות משק? תנו דוגמאות

42. הנדסה גנטית בחקלאות ותעשיית המזון
חשבו:
מה אפשר לשנות ולשפר בהנדסה גנטית של צמחי מאכל וחיות משק? תנו דוגמאות
תשובה:- השבחה גנטית
זירוז קצב הגידול של צמחים (כך אפשר יהיה לגדל מזון רב יותר באותו זמן)
שיפור הערך התזונתי של התוצרת החקלאית (פחות שומן בחלב, יותר חלבון בביצים, יותר ויטמינים בירקות)
שיפור הטעם של התוצרת החקלאית (פירות מתוקים יותר, ירקות עסיסיים יותר)
הארכת חיי המדף של פירות וירקות
הקניית עמידות בפני מזיקים לצמחים (כך אפשר להימנע מריסוס בחומרי הדברה רעילים)
טיפוח צמחים שעמידים גם בתנאי סביבה קשים לדוגמה יובש, טמפרטורות קיצוניות
דוגמאות לצמחי מאכל טרנסגניים

43. © Anlace at Wikimedia commons
שימוש בהנדסה גנטית בחקלאות: העברת גנים לצמחים להקניית עמידות נגד מזיקים
כיום משתמשים בחלק מהגידולים החקלאיים כגון תירס, בצמחים מהונדסים שהוחדר אליהם
גן המקנה להם עמידות בפני מזיקים (מזיקים הם חרקים או אורגניזמים אחרים שניזונים מהצמח, וגורמים לירידה בכמות היבול ובאיכותו).
© Anlace at Wikimedia commons
1. מקור הגן:
החיידק בצילוס תרינגינסיס (Bt)
המייצר רעלן הגורם למותם של חרקים,
הניזונים ממזון המכיל את החיידק. 2.
העבירו את הגן
המקדד ליצירת הרעלן
מהחיידק לצמחי תירס. 3.
התוצאה:
הצמח המהונדס מייצר בעצמו את הרעלן וקוטל את המזיקים התוקפים אותו .
הרעלן קטלני לחרקים המזיקים אך אינו פוגע בבני אדם ולכן אין חשש לאכול את התירס. 4.
היתרון: אין צורך להשתמש בחומרי הדברה הגורמים נזק לסביבה.
Doug Wilson
K /usda
ניתן גם להשתמש בחיידק עצמו כמדביר ביולוגי באמצעות פיזורו ישירות על הצמחים. 43

44. החדרת הרעלן של חיידקי בצילוס טורינגנזיס Bt לצמחים
משמאל צמח עגבנייה מהונדס גנטית שאליו הוחדר הגן המקודד לחלבון הרעיל מחיידק בצילוס. לידו צמח לא מהונדס. זחלים חיסלו את הצמח הלא מהונדס ולא פגעו בצמח המהונדס.

45. הצמח הראשון שהונדס אי פעם - טבק
Cell 1983 Apr;32(4):
Regeneration of intact tobacco plants containing full length copies of genetically engineered T-DNA, and transmission of T-DNA to R1 progeny. Barton KA, Binns AN, Matzke AJ, Chilton MD.

46. צמחי טבק מהונדס עמידים לנגיף לעומת צמחים רגילים.
באדיבות:דר' אילן סלע
טבע הדברים,22

47. FLAVR SAVR ראשון המוצרים המהונדסים גנטית שהגיע למדפי המרכולים
בהתחלה הקנו לעגבניות חיי מדף ארוכים (לא מתרככות מהר) ולכן אבד הטעם. כעת מחזירים להן את הטעם בהנדסה גנטית.

48. צמחים מהונדסים לחיסון באכילה
Edible Vaccines

49. פגיעה בגן המקודד את האנזים ACC oxidase מונעת יצירת אתילן שגורם להזדקנות פרחים.

50. מהונדס
לא מהונדס

51. בארצות הברית יש עליה גדולה בגידול צמחים מהונדסים
קריאה עמודים

52. און כלאיים
בגנטיקה ובברירה מלאכותית און כלאיים הוא מצב שבו לצאצא תכונות מחוזקות או משופרות ביחס להורים.
און כלאיים מתקבל כאשר בין ההורים יש מרחק גנטי מספיק גדול (ההורים צריכים להיות הומוזיגוטים לתכונה).
בטיפוח זנים יש להימנע מפני הפריה עצמית של הצמחים.
עקרונות טיפוח הזנים בחקלאות:
הגדלת השונות הגנטית באוכלוסיה.
ברירה כבסיס לטיפוח פרטים רצויים (עמידות בתנאים קשים או בפני מזיקים, כמות ואיכות של יבול).

53. שאלה 4: הנדסה גנטית בחקלאות ותעשיית המזון
שאלה 4 (מתוך בחינת בגרות 2004):
כיום משתמשים יותר ויותר בהנדסה גנטית בחקלאות.
מהן המטרות העיקריות לשימוש בהנדסה גנטית בחקלאות? תן דוגמא.

54. תשובה 4: הנדסה גנטית בחקלאות ותעשיית המזון
שאלה 4 (מתוך בחינת בגרות 2004):
כיום משתמשים יותר ויותר בהנדסה גנטית בחקלאות.
מהן המטרות העיקריות לשימוש בהנדסה גנטית בחקלאות? תן דוגמא.
תשובה:
המטרות העיקריות לשימוש בהנדסה גנטית בחקלאות הן השבחת התוצרת החקלאית של הגידולים וחיות המשק באמצעות העלאת כמות התוצרת וכן שיפור האיכות על ידי העלאת הערך התזונתי ושיפור הטעם. מטרות נוספות של הנדסה הגנטית בצמחים הן הקניית עמידות בפני מזיקים או תנאי מחיה קיצוניים בבית הגידול.
לדוגמא, יצירת מלפפון טרנסגני שנשמר היטב במקרר במשך שבועות.

55. שאלה 5: ההנדסה הגנטית שוברת את מחסום המינים
בני אדם השביחו צמחים ובעלי חיים חקלאיים ע"י הכלאות, בחירת הצאצאים המובחרים, הכלאה בניהם וחוזר חלילה.
ההנדסה הגנטית מגדילה את אפשרויות ההשבחה משום שהיא שוברת את
מחסום המינים. הסבירו מדוע.
ההנדסה הגנטית מאפשרת את שבירת מחסום המינים 55

56. שאלה שאלה 5: תשובה: ההנדסה הגנטית מאפשרת את שבירת מחסום המינים
השבחה קלסית (הכלאות)
השבחה באמצעות הנדסה גנטית
מאגר הגנים קטן יותר כי אפשר להכליא רק בין זכר ונקבה השייכים לאותו מין.
מאגר הגנים גדול מאד. ההנדסה הגנטית מאפשרת העברת גנים בין יצורים ממינים שונים. אפשרות זאת מגדילה מאד את מאגר הגנים האפשרי.
לא תמיד מתקבלים הצאצאים עם צירוף התכונות הרצוי, ולפעמים לצאצאים יש גם תכונות בלתי רצויות.
אפשר לשלוט בצורה טובה יותר בצירוף התכונות של הצאצאים, כי הוא תלוי בגנים שהועברו. 56

57. חיידקים מנוצלים על ידי האדם בשיטות של הנדסה גנטית.
שאלה 6
שאלה 6: בגרות תש"ע
חיידקים מנוצלים על ידי האדם בשיטות של הנדסה גנטית.
א. תארו בקצרה דוגמא לשימוש בחיידקים בהנדסה גנטית, שנועד להגן על צמחים
מפני מזיקים.
ב. תארו בקצרה דוגמא של שימוש בחיידקים בהנדסה גנטית בשירות הרפואה. 57

58. חיידקים מנוצלים על ידי האדם בשיטות של הנדסה גנטית.
תשובה
שאלה 6: בגרות תש"ע
חיידקים מנוצלים על ידי האדם בשיטות של הנדסה גנטית.
א. תארו בקצרה דוגמא לשימוש בחיידקים בהנדסה גנטית, שנועד להגן על צמחים
מפני מזיקים.
ב. תארו בקצרה דוגמא של שימוש בחיידקים בהנדסה גנטית בשירות הרפואה.
תשובה:
א. שימוש בהנדסה גנטית בתחום החקלאות:
השתלת גן של החיידק Bt שאחראי לייצור רעלן כנגד חרקים מזיקים בצמחים ,מאפשר לצמחים שהושתל בהם הגן לייצר את הרעלן הקוטל את החרקים המזיקים התוקפים אותם.
ב. שימוש בהנדסה גנטית בתחום הרפואה:
החדרת גן אנושי לייצור הורמונים כמו הורמון גדילה או אינסולין לחיידקים מאפשר
קבלת הורמונים אלה בצורה מהירה, זולה ונקייה.
החדרת גן של מעטפת וירוס לחיידקים מאפשר קבלת תרכיבי חיסון פעיל בטוחים כנגד
מחלות וירליות באדם. תרכיבי חיסון אלה בטוחים יותר מאשר תרכיבים הכוללים את
הווירוס (נגיף)השלם כשהוא מוחלש. 58

59. שאלה 7: יתרונות וחסרונות ביישום הנדסה גנטית בחקלאות
שאלה 7: יתרונות וחסרונות ביישום הנדסה גנטית בחקלאות
שאלה 7: בגרות תשס"ד
 כיום משתמשים יותר ויותר בהנדסה גנטית בחקלאות.
א. תארו את שיטת הטיפוח וההשבחה שהייתה מקובלת בחקלאות גם לפני שהוכנס השימוש
בהנדסה גנטית.
ב. ציינו יתרון אחד וחיסרון אחד של שימוש בהנדסה גנטית בחקלאות, לעומת השיטה
שתיארתם בסעיף א. 59

60. תשובה
שאלה 7: בגרות תשס"ד
 כיום משתמשים יותר ויותר בהנדסה גנטית בחקלאות.
א. תארו את שיטת הטיפוח וההשבחה שהייתה מקובלת בחקלאות גם לפני שהוכנס השימוש
בהנדסה גנטית.
ב. ציינו יתרון אחד וחיסרון אחד של שימוש בהנדסה גנטית בחקלאות, לעומת השיטה
שתיארתם בסעיף א.
תשובה:
א. היו מבצעים הכלאות חוזרות ונשנות בין פרטים שיש בהם יותר מן התכונה המבוקשת שיש בפרטים אחרים, עד לקבלת פרטים בעלי רמה גבוהה של התכונה המבוקשת.
לדוגמה: תנובת חלב בפרות.
ב. יתרונות: מהירות, דיוק, בידוד מלא של התכונה הנדרשת.
חסרונות: סכנה של החדרת תכונות בלתי רצויות.
נעסוק בעוד חסרונות בסוף המצגת.

61. שאלה 8: ייצור אינסולין, cDNA
שאלה 8: בחינת בגרות תשס"ה
אפשר לייצר כמויות גדולות של החלבון אינסולין, על ידי כך שמחדירים לחיידקים DNA שמקורו בגן המקודד לאינסולין באדם.
בשיטה זו חשוב להחדיר לחיידק רק את קטעי הגן שעוברים תרגום (cDNA).
מדוע אין מחדירים לחיידקים את כל הגן, אלא רק את הקטעים העוברים תרגום? 61

62. שאלה 8: ייצור אינסולין, cDNA
שאלה 8: בחינת בגרות תשס"ה
אפשר לייצר כמויות גדולות של החלבון אינסולין, על ידי כך שמחדירים לחיידקים DNA שמקורו בגן המקודד לאינסולין באדם.
בשיטה זו חשוב להחדיר לחיידק רק את קטעי הגן שעוברים תרגום (cDNA).
 מדוע אין מחדירים לחיידקים את כל הגן, אלא רק את הקטעים העוברים תרגום?
תשובה:
בחיידקים לא מתרחש תהליך עיבוד ה-RNA שליח, ולכן אם הגן יכיל גם את האינטרונים (החלקים המוצאים בתהליך העיבוד) הם יעברו תרגום, ולא יתקבל החלבון הרצוי. 62

63. שאלה 9: הנדסה גנטית בחקלאות ותעשיית המזון
חקלאי בעל מחלבת עיזים בדרום הארץ רכש עז ותיש מזן מיוחד שהונדס גנטית כך שהחלב יכיל אחוז נמוך יותר של שומן. האם החקלאי יכול לצפות שתוך מספר שנים יהיה לו עדר עיזים שמניבות חלב בעל אחוז שומן נמוך?
א. לא, מפני שתכונה שהוקנתה ליצור בהנדסה גנטית אינה עוברת בתורשה.
ב. לא, מפני שתכונה שהוקנתה ליצור בהנדסה גנטית לא גרמה לשינוי ברמת ה-DNA אלא ברמת החלבון בלבד.
ג. כן, מפני שצאצאיהם של העז והתיש המהונדסים גנטית יכולים לקבל בתורשה את הגנים המהונדסים.
ד. כן, מפני שצאצאיהם של העז והתיש המהונדסים גנטית יכולים לקבל בתורשה את החלבונים שנוצרו מהגנים המהונדסים.

64. תשובה 9: הנדסה גנטית בחקלאות ותעשיית המזון
שאלה 9:
חקלאי בעל מחלבת עיזים בדרום הארץ רכש עז ותיש מזן מיוחד שהונדס גנטית כך שהחלב יכיל אחוז נמוך יותר של שומן. האם החקלאי יכול לצפות שתוך מספר שנים יהיה לו עדר עיזים שמניבות חלב בעל אחוז שומן נמוך?
א. לא, מפני שתכונה שהוקנתה ליצור בהנדסה גנטית אינה עוברת בתורשה.
ב. לא, מפני שתכונה שהוקנתה ליצור בהנדסה גנטית לא גרמה לשינוי ברמת ה-DNA אלא ברמת החלבון בלבד.
ג. כן, מפני שצאצאיהם של העז והתיש המהונדסים גנטית יכולים לקבל בתורשה את הגנים המהונדסים.
ד. כן, מפני שצאצאיהם של העז והתיש המהונדסים גנטית יכולים לקבל בתורשה את החלבונים שנוצרו מהגנים המהונדסים.
תשובה:
התשובה הנכונה היא ג'.

65. הנדסה גנטית ברפואה
להנדסה הגנטית שימושים רבים בתחום המחקר הרפואי והרפואה:
במחקרים רבים עושים שימוש ביצורים טרנסגניים (בעיקר עכברים) כדי ללמוד על מנגנונים בהם פועלות מחלות שונות ביניהן סרטן, פרקינסון ועוד, בתקווה למצוא להן תרופה. לדוגמה, ידוע כי תקלה בחלבון מסוים היא אחד הגורמים למחלת האלצהיימר (בעברית, מחלת השיטיון). לכן, ניתן להחדיר לעכבר מעבדה את הגן לחלבון זה וללמוד על תהליכים בהתפתחות המחלה, באמצעות העכבר הטרנסגני.
לצרכי פיתוח וייצור תרופות משתמשים בחיידקים טרנסגניים או שמרים טרנסגניים הגדלים בתרבית. לדוגמא, בהחדרת גן אנושי המקודד לחלבון של הורמון הגדילה, אל תוך חיידק, ניתן לקבל תרבית חיידקים המייצרים הורמון גדילה אנושי ולהפיק כמויות גדולות ממנו לצורך טיפול בילדים עם בעיות גדילה.

66. שיבוט של תאים ושל אורגניזמים
משמעות המונח שיבוט בגנטיקה היא יצירת עותקים רבים (שבט):
של גנום שלם של אורגניזם באמצעות החדרת גרעין של תא דפלואידי לתוך תא ביצה בלתי מופרית, שגרעינה ההפלואידי המקורי הוצא ממנה. הביצה מתפתחת ליצור שבכל תאיו יש את הגנום שהוחדר.
דוגמה: הכבשה המפורסמת דולי ששובטה בשנת 1996, ו"נכנסה להיסטוריה" בשל היותה היונק הראשון ששובט.
של קטעי DNA (המכילים גן) באמצעות הכנסתו לפלסמיד או נגיף, המתרבים בתאים.
עד כה דנו במצגת בדוגמאות רבות לשיבוט מסוג זה.
עוד דוגמה:
צמח טבק שהוחדר אליו גן המקודד לחלבון זוהר פלואורוסנטי שמקורו באצות (לצורכי מחקר).
Mike Pennington at wikimedia
Keith Wood (of DeLuca lab) for Science Magazine at wikimedia
פוחלץ של דולי, במוזיאון הלאומי בסקוטלנד. 66

67. Cloning a Mammal (Part 1)
אלה שקפים מהקורס שלי – ביולוגיה 1. אהבתי אותם למרות שהם באנגלית כי רואים את ההבדל בין הכבשה שתרמה את הגרעין, ויש לה פרצוף לבן, לבין הכבשה שתרמה את הביצית ה"ריקה" ויש לה פרצוף שחור.

68. Cloning a Mammal (Part 2)
לפי הציור הכניסו את הביצית המופרית לאותה כבשה שממנה הוציאו אותה. אני ידעתי על כבשה שלישית אבל זה לא משנה, אפילו יותר טוב. למרות שהביצית ללא הגרעין וגם כל ההריון היה בכבשה עם הפרצוף השחור דולי היתה עם פרצוף לבן.

69. שיבוט DNA בעזרת נשאים
ייצור של חלבון רפואי בחלב של כבשה מהונדסת
סרטון

70. ייעוץ גנטי
הצטברות הידע על גנום האדם, ופיתוח השיטות לאיתור וזיהוי מחלות תורשתיות מאפשרות אבחון מוקדם וטיפול מונע. ואכן במרכזים רפואיים שונים בעולם הוקמו מרכזים לייעוץ גנטי. במרכזים אלו מקבל הפונה הסבר על הבסיס הגנטי של הבעיה המטרידה אותו (בדרך כלל בעיה תורשתית שקיימת במשפחתו), וכן מידע על אפשרויות הטיפול בבעיה.
על פי רוב, הפונים לייעוץ מבקשים לדעת מה הסיכון שיוולד להם צאצא פגוע, ואם ניתן למנוע זאת.
יש בני זוג הפונים לייעוץ גנטי משום שהם קרובי משפחה, מחשש שהצאצא שלהם
יהיה הומוזיגוטי לאלל לקוי שקיים במשפחתם. אם בת הזוג הפונה הרה,
היועץ עשוי להמליץ לה לבדוק את עוברה. 70

71. בדיקת עוברים- קריאה: עמוד 287. בדיקות מוקדמות- קריאה: עמוד 290.
אבחון טרום לידה
חלק מהפונים לייעוץ הם נשים בהריון שבמשפחתם הופיעו בעבר מחלות תורשתיות, או שיש סיכוי גבוה לליקויים גנטיים למשל בשל גיל מבוגר של האם.
מבצעים בדיקת מי שפיר שבה מוצא מעט נוזל מי שפיר. במי השפיר מצויים תאים של העובר (למשל בפיסות עור שנשרו ממנו).
מגדלים את התאים במעבדה ובודקים את מצב הכרומוזומים (קריוטיפ), וקיום מחלות גנטיות בדרכים שהזכרנו קודם.
בדיקת עוברים- קריאה: עמוד 287.
בדיקות מוקדמות- קריאה: עמוד 290. 71

72. היבטים אתיים דילמות אתיות- קריאה: עמודים 294-295.
הצטברות הידע על גנום האדם, ואפשרויות ההשפעה עליו מעוררות חששות ודילמות
מוסריות כגון:
היכן יישמר וכיצד יאובטח המידע על הפרופיל הגנטי שלנו?
לאור בעיות אבטחת המידע וזליגת מידע ברשת גם בתחומים אחרים קיים חשש שגם
מידע זה יזלוג לידיים שיעשו בו שימוש לרעה.
לאילו צרכים ישמש המידע הזה:
רק לצורכים רפואיים, או גם לצרכים אחרים כגון קביעת גובה פוליסת הביטוח ע"י חברות הביטוח, או כבסיס להחלטת מעסיקים אם לקבל אדם לעבודה?
אילו שינויים גנטיים מוסרי לעשות: שינויים לצורך ריפוי , או שינויים לצורך קבלת צאצא
בעל תכונות רצויות? (אם וכאשר יהיה הידע לעשות שינויים כאלה).
האם מותר יהיה לשבט בני אדם, כאשר יהיה הידע כיצד לעשות זאת?
דילמות אתיות- קריאה: עמודים 72

73. ביו-אתקיה
"עשרות חולים מחכים מדי יום לתורם איברים שיגאל אותם מסבלם. אך מספר תורמי האיברים מועט. בני משפחות הנפטרים, לרוב, נרתעים מלתרום את איברי יקירם מסיבות דתיות, רגשיות ואחרות. כתוצאה מכך חולים רבים נפטרים בטרם נמצא תורם. שליחת חולה לחו"ל כדי לקבל משם תרומת איבר לא תמיד יוצאת לפועל הן בשל העלות הגבוהה והן בשל סירוב ארצות שונות לתרום איבר לזרים. ארצות אלה אינן ששות להיענות לבקשות חולינו כי : 1) גם חוליהם זקוקים לתרומה כזו, 2) ישראל לא "ספקית" של איברים למאגרי איברים כי אם רק "לוקחת".
בשל הסיבות שלעיל הוחלט במשרד הבריאות לדון באפשרות של שיבוט גנטי של איברים.
מה דעתכם?

74. פגיעה במגוון המינים ובאיזון במערכת האקולוגית
הסיכונים בהנדסה גנטית
פיתוח אורגניזמים מהונדסים טומן בחובו סכנות, אשר טרם התממשו, הכוללות בין היתר:
נזקים אקולוגיים
פגיעה במגוון המינים ובאיזון במערכת האקולוגית
אורגניזמים מהונדסים עלולים להתחרות בפרטים בני אותו המין (שלא הונדסו גנטית),
להתרבות ולדחוק את צמחי הבר ובעלי החיים בטבע, או לגרום להם מחלות, וכך לפגוע
במערכת האקולוגית.
הקטנת השונות הגנטית
עלולים לפגוע בשונות הגנטית וליצור אחידות גנטית רבה מדי. שינוי משמעותי בתנאי
הסביבה עלול לפגוע אנושות במין שפרטיו זהים זה לזה.
יצירה לא מכוונת של צמחים/בעלי חיים/חיידקים מזיקים בעלי תכונות בלתי רצויות
לדוגמה: העברת גנים בלתי רצויים (לדוגמה עמידות לחומרי הדברה נגד עשבים מזיקים)
מצמחים חקלאיים מהונדסים אל צמחי הבר באמצעות הכלאות של צמחים מהונדסים עם
צמחי הבר – כך יכולים להיווצר מינים של עשבים מזיקים העמידים לחומרי הדברה.
או "זליגה" בלתי מכוונת עקב רשלנות של אורגניזמים מסוכנים כגון חיידקים מהונדסים
עמידים לאנטיביוטיקה ממעבדות המחקר.
שימוש לרעה
סיכונים בריאותיים
דילמה מוסרית
בשקף הבא. 74

75. יצירת חיידקים אלימים עמידים לכל סוגי האנטיביוטיקה לשימוש כנשק ביולוגי.
הסיכונים בהנדסה גנטית
פיתוח אורגניזמים מהונדסים טומן בחובו סכנות, אשר טרם התממשו, הכוללות בין היתר:
שימוש לרעה
יצירת חיידקים אלימים עמידים לכל סוגי האנטיביוטיקה לשימוש כנשק ביולוגי.
(או יצורים מהונדסים אחרים מזיקים).
סיכונים בריאותיים
רעילות ואלרגניות של מזון שנוצר בהנדסה גנטית.
בעיה מוסרית
באיזו זכות בני האדם משנים תכונות של יצורים חיים לפי רצונם? 75

76. סיכום
הידע על גנום האדם ופיתוח שיטות עבודה מתקדמות מאפשרות את יישום הידע בתחומי
חיים רבים (במחקר ברפואה, בתחום הפלילי).
טביעות האצבע של ה-DNA הם אתרים בגנום שבהם יש שוני בין בני האדם. והן
משמשות לזיהוי הפרט.
תהליך בדיקת טביעות האצבע כולל את השלבים הבאים:
חיתוך ה-DNA באמצעות אנזימי הגבלה: בשימוש באותם אנזימי הגבלה, נוצרים קטעים
באורך שונה בבדיקות של אנשים שונים.
ריבוי ה-DNA באמצעות שיטת ה-PCR: בשיטה זו מרבים קטעי ה-DNA , וזה מאפשר ביצוע בדיקות גם כאשר הכמות המקורית של ה-DNA מזערית.
הפרדה בין קטעי ה-DNA על פי אורכם באלקטרופורזה בג'ל.
שימוש בגלאי: מאפשר זיהוי רצפים ספציפיים בתוך קטעי ה-DNA.
גילוי אנזימי ההגבלה, ופיתו שיטת ה-PCR היו אירועי מפתח שאפשרו את יישום הידע.
כיום יש אפשרות לזהות ולאתר מחלות גנטיות שונות. אפשרות זו היא הבסיס לייעוץ גנטי.
במסגרת הייעוץ הגנטי נערכות גם בדיקות טרום לידה (למשל באמצעות בדיקת מי שפיר).

77. סיכום: יישום ההנדסה הגנטית לתועלת האדם
בתרשים הבא מתוארים יישומי ההנדסה גנטית בתחומי החקלאות והרפואה שדנו בהם
במצגת זו ,ועוד שימושים.
תעשייה
רפואה
חקלאות
סביבה
ריפוי גני
החדרת גן אנושי בחיידקים לייצור הורמונים
החדרת גן של חיידקים המייצר רעלן כנגד מזיקים בצמחים
החדרת גנים לצמחים ובעלי חיים
הגורמים להשבחתם
שימוש בחיידקים בהנדסה גנטית
החדרת גנים
לייצור חומרים שונים למיקרואורגניזמים
השתלת גנים לפירוק חומרים רעילים בסביבה באוכלוסייה טיבעית של חיידקים
בתחומים של 77

78. סיכום: הנדסה גנטית – יישומים וסיכונים
להנדסה הגנטית יישומים בתחומים רבים. דוגמאות:
ברפואה ובתעשייה: יצור תרופות (הורמונים, תרכיבי חיסון) וחומרים שונים.
תהליך ייצור החומרים מהיר וזול יותר, ואפשר לבחור בדיוק את הגן לחומר הרצוי ולקבל
מוצר נקי עם פחות סיכון לזיהום בחומרים אחרים או בגורמי מחלות.
בחקלאות: הגדלת כמות היבול ואיכותו. למשל באמצעות יצירת זני צמחים עמידים
למזיקים (אליהם הועבר גן ליצירת רעלן מהחיידק Bt).
במחקר המדעי: לדוגמה: העברת גנים מיצור ליצור מאפשרת להבין את תפקיד הגן.
ריפוי גני
ההנדסה הגנטית טומנת בחובה סיכויים גדולים לאנושות אך גם סיכונים ודילמות מוסריות. כלומר, ליישום הידע בגנטיקה מולקולארית ובהנדסה גנטית יש השלכות חברתיות וערכיות.