בעיות המילניום של הביולוגיה: שנים עשר יעדים קונקרטיים למדע

Edison Scientific ו-FutureHouse פרסמו קטלוג עבודה של שנים עשר בעיות פתוחות בביולוגיה, המנוסחות כיעדים קונקרטיים וניתנים לבחינה עבור התחום. הרשימה מאגדת שאלות ותיקות — מהיווצרות החיים במעבדה ועד להתחדשות גפיים ביונקים בוגרים — ולכל בעיה מוגדרות המדידות שייחשבו לפתרון. בעמוד רשומים Sam Rodriques ו-Michaela Hinks.

ממרק קדום ועד עכברים קפואים

הבעיה הראשונה דורשת היווצרות בלתי-מסייעת של תאים המתרבים בעצמם, מבוססי RNA וחלבונים, מתוך מרק קדום סביר וממקור אנרגיה סביר. תא יכול להיות כל מדור עם גבול מוגדר, אך עליו להגדיל את מספרו פי 10⁶ לפחות — כעשרים דורות — וחלוקתו צריכה להיות מסוגלת להימשך ללא הגבלה. אחסון המידע התורשתי כחומצות גרעין או כפוליפפטידים מועדף במיוחד.

הבעיה השנייה היא קריופרזרווציה: היפוך מצב קפוא או מזוגג של כל גופו של עכבר חי, שלם, מסוג הבר ובוגר. בעלי החיים צריכים להישאר קפואים לפחות 24 שעות, לחזור לחיים בשיעור חיוניות של יותר מ-99% וללא נזק קבוע לאיברים. הנדסה גנטית סומטית אינה מעודדת אך מותרת, וכל הניסויים דורשים אישור אתיקה. בהמשך הרשימה: התחדשות גפיים שנקטעו בעכברים בוגרים מסוג הבר, עם תפקוד מוטורי ותחושתי שאינו ניתן להבחנה מקבוצת הביקורת.

כלים מולקולריים וקודים שנכתבו מחדש

כמה מהבעיות מכוונות למכונות התא. טרנסלטאז הפוך (reverse translatase) אמור לקרוא פוליפפטיד ללא תגית ולסנתז גדיל חומצת גרעין המקודד את רצף השיירים שלו, בדיוק של 90% לפחות על פני 100 פפטידים הרשומים מראש. התא המרובע (quadruplet cell) יקודד כל חלבון, כולל מכונת התרגום של עצמו, בקודונים של ארבעה בסיסים. יעדים נוספים: Rubisco שספציפיותו לפחמן דו-חמצני גבוהה מזו של Galdieria partita וקצב פעילותו כשל התירס, סט מלא של פולימראזות 3′→5′, וניטרוגנאז ללא הומולוגיה למשפחות המוכרות.

הקטלוג מגיע גם לרפואה: ייצור AAV ולנטיווירוסים מדבקים בחיידקים, עיצוב פרוטאזות החותכות אתר עיוור (blinded) בחלבון אנדוגני מקופל, וחלבוני קישור שחודרים לתא ופוגעים במטרות תוך-תאיות בריכוזים פרמקולוגיים. הגברת חלבונים ופרוטאזות מתוכנתות נמנות עם הבעיות שבהן מוכרת הצלחה חלקית.

למה המסגור חשוב

כל סעיף מגדיר בעצמו את קריטריוני ההצלחה, המועדים וכללי האימות: יש למסור עיצובים בתוך 24 שעות מרגע רישום המטרות, סינון ואבולוציה מכוונת-מטרה אסורים, ותוצאות התחדשות נשפטות בידי צופים עיוורים. כמה בעיות מקבלות גרסאות חלשות יותר כהצלחה חלקית. התוצאה היא פחות רשימת משאלות ויותר אמת מידה — דרך לשאול למה באמת אפשר לגרום בביולוגיה.