צמח הטבק יכול לייצר חומר ניקוי זול במקום סיגריות.
הטבק הוא הצמח הקטלני ביותר בעולם, שאחראי למותם של יותר משבעה מיליון בני אדם בשנה, על-פי ה-CDC. אבל במחקר חדש שיצא השבוע, חוקרים מאוניברסיטת קורנל ומאוניברסיטת אילינוי נותנים למיני הצמחים כיוון חדש עם הנדסה גנטית. במקום להביא חומרים מסרטנים, צמחי טבק יכולים לייצר מרכיבים לדטרגנט כביסה, ובהרבה יותר זול ממה שהיצרנים יכולים כעת.
מדע הוא לעתים קרובות תהליך מתסכל, מלא בשעמום ובכישלונות. אבל לפעמים ניסוי הולך טוב מהצפוי. מקרה לדוגמא: במחקר החדש שלהם (שפורסם בשבוע שעבר בכתב העת Nature Plants), לחוקרים היו תוצאות כל כך נהדרות שהם השתמשו במילה "מדהים" כדי לתאר אותם. בניסיונם לתת לטבק עבודה חדשה, החדירו המהנדסים גן חיידקי שיוצר את האנזים Cel6A בכלורופלסטים לצמח.
כמו אנזימים צמחיים רבים, Cel6A וצלולאזות אחרות (הנקראות כך מכיוון שהם מפרקים תאית, הדופן החיצונית של תאי הצמח) מיומנים בפירוק תרכובות גדולות יותר. Cel6A שימושי להפליא שיש בדטרגנטים לכביסה, שם הם מתחילים לעבוד בפירוק הכתמים שלנו. הרעיון יהיה להנדס מחדש את מפעלי הטבק המעצבים לייצר כמויות גדולות של האנזים, לבודד אותו ולהשתמש בחומר להכנת חומר ניקוי כביסה.
מעבודות קודמות, החוקרים כבר ידעו שצמח הטבק מסוגל לייצר אנזימים אלה ביעילות בתוך הבית. עכשיו, הם רצו להבין איך הם מסתדרים בחוץ. אז במחקר החדש שלהם הם בדקו עד כמה הטבק המהונדס יסתדר בחוץ בשדה, רחוק מהמעבדה (והיכן הוא יצליח לגדל אם הרעיון הזה יצא לפועל) ולהיחשף למשתנים שצמחים רגילים צריכים להתמודד איתם, כמו גשם, חום, התקפות חרקים, זיהומים. הם גילו שהטבע הגדול התאים בצורה מפתיעה לצמחי המעצבים, והירקות יצרו יותר Cel6A ממה שחזו החוקרים. למרות שהם עדיין ייצרו מעט פחות חלבון ממה שהם יצרו בחממות ובתאי הגידול.
איליין טובין, פרופסור בדימוס שלמדה ביולוגיה מולקולרית של צמחים ב-UCLA, אומרת שהניסוי מציג דרך חסכונית לייצור Cel6A. "היה להם רעיון נהדר שהם הביאו לפועל."
אחת המחברים, בת' אחנר, פרופסור להנדסה ביולוגית וסביבתית בקורנל, קיבלה את הרעיון למדוד כיצד ייצור החלבונים הטרנסגניים השפיעה על הצמיחה התקינה של הטבק מקבוצת מדענים צרפתים ב 2009. לצמחי הטבק הצרפתים היה פחות רוביסקו, אנזים חיוני שעוזר לצמחים ללכוד פחמן דו חמצני במהלך הפוטוסינתזה. "העבודה המוקדמת הזו הביאה לשיא את הסקרנות שלנו לגבי מה שעלול לקרות בצמחים כשיש להם הנטל הזה", היא אומרת. היא התחילה לעבוד עם סטודנטית לתואר שני כדי לראות אם הם יכולים לייצר חלבון שימושי בייצור דלק ביולוגי. כאשר Ph.D. המועמדת ג'ניפר שמידט הגיעה והייתה סקרנית לגבי המחקר, הם החליטו לעבוד על Cel6A.
אהנר אומר שהם קיבלו את הגנים למחקר הזה מ-Thermobifida fusca, חיידק קומפוסט נפוץ. נכון לעכשיו, יצרני כביסה מייצרים את האנזימים הנכנסים לדטרגנט כביסה באמצעות ביו-ריאקטורים מיקרוביאליים: אורות גדולות ומסתובבות של חיידקים המייצרים Cel6A. מדענים חייבים להשתמש בסוג כלשהו של צורת חיים - בין אם זה חיידקים, צמחים או בעלי חיים - כדי לייצר אורגניזם מהונדס גנטית, ויש כמה חסרונות לכל שיטה. האורגניזם הראשון שבו השתמשו חוקרים אי פעם היו חיידקים, שיצרו אינסולין אנושי שנמכר לראשונה ב-1982. אבל חיידקים דורשים סביבה סטרילית, מה שאומר שמדענים צריכים להשתמש בציוד ניקוי יקר ובהליכי זהירות שגוזלים זמן. בעלי חיים הם אפשרות נוספת - אבל יש להם מערכות עצבים, שגורמות לשורה שלמה של בעיות מוסריות ולוגיסטיות.
עם זאת, לצמחים יש סיכון מועט להעביר מחלות אנושיות, ולבני אדם יש יותר מעשרת אלפים שנות ניסיון בוטני. יש גם הרבה מקום המוקדש לייצור טבק בארצות הברית. הצוות גם הקים אמצעי הגנה רבים כדי להבטיח שהצמחים המהונדסים גנטית לא יתערבבו עם שאר האוכלוסייה. הם הסירו את הצמחים לפני שהתרבו. למרות זאת, רוב הכלורופלסטים (שם נמצאים הגנים לייצור האנזים בצמחים המהונדסים גנטית) הם עבר בקו האימהי, אז אבקה (קרא זרע צמחי) לא אמורה להעביר את השינויים גם אם הם היו לְשַׁחְזֵר.
כעת, כשהחוקרים יודעים שהם יכולים ליצור ביעילות את Cel6A, המטרה הבאה שלהם, אומר שמידט, היא לתקן אותו. לשם כך, היא רוצה להבין את התהליך ברמה המולקולרית. בעוד שצמחי הטבק ייצרו יותר חלבונים מהצפוי בסך הכל, צמחים מסוימים יצרו יותר מאחרים. "המטרה שלי עם החלק האחרון של הפרויקט היא [להוציא את] הניחוש ממנו", אומר שמידט. "האם נוכל לייעל [תהליך זה] כדי להפוך את הפרויקט הזה לקצת יותר מהיר בעתיד?"
אהנר אומר שהמעבדה עשויה לעבוד גם על אנזימים אחרים, שיכולים לשרת פונקציות אחרות לגמרי. היא רומזת שהתעשייה אולי עובדת על התהליך הזה בדלתיים סגורות, ורוצה לוודא שהרשומה הציבורית תופסת. "אנחנו מקווים שאם יש חברות שמצמיחות את זה בתחום, הן ירוויחו מהעבודה שלנו".
לרוב המדענים יש תגובה ארוכה לשאלות לגבי האתגרים בניסוי, אבל שמידט אומר שכמעט כל שלב עבר לפי התוכנית. אהנר מסכים. "במידה מסוימת, אלו היו נסיבות די מפחידות."
