למה החוקרים לא מצליחים לאתר את כל הגנים המשפיעים על תכונות או מחלות? תיאוריה מהפכנית מציעה תשובה

בראשית ימי האופוריה שאחרי פיענוח הגנום האנושי, מדענים האמינו שזו רק שאלה של זמן לפני שהמפתח הגנטי לכל תכונה ולכל נטייה יפוענח. כך, קבוצה אופטימית של מדענים עבדה יחד בשנת 1999 וחקרה את הגנום המלא של 150 זוגות אחים בתקווה למצוא גנים שמעורבים בגרימת אוטיזם. הניסיון נכשל.

איך הם הסבירו את הכישלון? הם העלו השערה שהסיכון לאוטיזם לא נשלט על ידי שניים-שלושה גנים רבי עוצמה אלא על ידי מספר גדול של גנים שכל אחד מהם תורם את תרומתו הקטנה להתפתחות האוטיזם. ייתכן, הם כתבו, שמדובר אף ב-15 גנים כאלה.

כל חוקר גנטיקה שתצטטו באוזניו את המחקר הזה היום יפרוץ בצחוק. ב-18 השנים שעברו מדע הגנטיקה התקדם בצעדי ענק בהבנתו את האופן בו עובד הגנום האנושי. אחת התובנות שנרכשו היא שאין שום תכונה מורכבת – גובה, משקל, או אוטיזם – שנשלטת על ידי 15 גנים בלבד. מדובר באלפי שינויים גנטיים שעובדים יחד כדי ליצור כל תכונה שיש לנו. לכל שינוי יש אפקט זעיר: ביחד, הם כוח אדיר.

אבל אפילו התובנה הזו, אומרים עכשיו שלושה חוקרים בולטים מאוניברסיטת סטאנפורד האמריקאית, רחוקה מלהיות מדויקת. השלושה, אבאן בויל, יאנג לי וג'ונתן פריצ'ארד מציעים תיאוריה מרחיקת לכת עוד יותר. גנים, הם אומרים, עובדים ברשתות מורכבות, לא שונות בהרבה מרשתות מחשבים. וכל שינוי זעיר בגן אחד – ישנה את הרשת כולה.

מה זה אומר?

עד היום, מדענים הניחו שצריך להיות קשר רלוונטי בין גן לבין התכונות עליו הוא משפיע. למשל, חוקרים מחפשים משתנים הקשורים לגובה בתוך הגנים השולטים על גדילה של עצמות. אבל שלישיית החוקרים מסטנפורד מסבירה שעל אף שחלק מהגנים, אותם הם מכנים 'גנים עיקריים', פועלים כך, חלק גדול מהגנים כלל לא עובדים בצורה כזו. צורת העבודה שלהם פשוטה הרבה יותר: כל גן שנמצא בסוג מסוים של תא – רלוונטי לכל דבר שקשור לתא הזה. וכל גן שישתנה בתוך הרשת הענקית הזו יגרום לשינויים מהדהדים ברשת שבסופו של דבר ישנו גם את הגנים העיקריים הקשורים לתכונה.

נשמע מופשט מידי? הנה דוגמה קונקרטית. הנוירונים, כידוע, הם תאי המוח. לפי התיאוריה הזו, כל גן פעיל בנוירונים שלנו קשור לכל תכונה משמעותית המערבת את תאי המוח. כך למשל, כל תא במוח ימלא תפקיד מסוים בקביעת האינטליגנציה של האדם. חלק מהתפקידים יהיו חשובים יותר וחלק יהיו מינוריים ביותר: אבל יהיה נדיר למצוא בנוירונים תא שלא מעורב כלל, בשום תפקיד ובשום צורה, בקביעת האינטליגנציה, או בכל תכונה משמעותית הקשורה למוח.

התיאוריה של פריצ'ארד ועמיתיו יכולה להסביר מדוע מחקרים המנסים למצוא שינויים גנטיים מאחורי תכונות מורכבות הם כל כך קשים ומתישים. כך למשל, מחקר ענק שבדק את הגנום של רבע מיליון אנשים זיהה 700 שינויים גנטיים שמשפיעים על הגובה. כצפוי, כל אחד מהם סיפק השפעה של בערך מילימטר בגובה בלבד. אבל מה שתסכל את החוקרים הוא שכלל המשתנים ביחד הסבירו רק 16 אחוזים מכלל השונות בגובה בין בני אדם – בעוד מדענים מאמינים ש-80 אחוזים מהשונות בתחום הגובה מקורה גנטי.

פריצ'ארד ועמיתיו ניתחו מחדש את נתוני המחקר הזה על בסיס התיאוריה שלהם, וחישבו שיש יותר מ-100,000 משתנים שמשפיעים על הגובה האנושי, ורובם יוצרים שינוי של בסך הכל שביעית מילימטר. האפקט שלהם כל כך זעיר שקשה להבדיל בינם לבין מקריות סטטיסטית, ולכן מדענים מתעלמים מהם בדרך כלל. אבל הצוות של פריצ'ארד לא וויתר ובדק את כל האפקטים הזעירים הללו עד שהוכיח שהם מופיעים בעקביות במחקרים – עקביות שמוכיחה שהם אינם מקריים. ממצאים דומים נמצאו כשהצוות ניתח מחדש מחקרים שניסו למצוא משתנים גנטיים שעומדים מאחורי מחלות כמו דלקת פרקים, קרוהן, ואפילו סכיזופרניה.

תיאוריות: 'הכל משפיע על הכל' של שלושת החוקרים הללו מעוררת כרגע עניין רב בקהילה המדעית, אבל כמובן, ייקח זמן ומחקרים עד שהיא תתקבל כהנחת עבודה מוסכמת על הכל. וקבלה כזו תהיה נחוצה כדי לערוך מחקרים גנטיים באופן הנכון.

"אם התיאוריה שלנו צודקת, לא ברור שהגדלת מספר המשתתפים במחקר תעזור משהו", אומר פריצ'ארד. "מה שצריך לעשות הוא למפות את כל רשתות הגנים שמתפקדות בכל סוג של תא. כשיהיו לנו המפות המלאות הללו, נהיה מסוגלים יותר להבין את התוצאות של מחקרי ענק בתחום הגנטיקה".