יום שני, 30 באוגוסט 2010

מטאפורה על הדוגמה המרכזית של הביולוגיה


נזיר מימי הביניים בחדר הכתיבה (סקריפטוריום)
 תארו לעצמכם נזיר מימי הביניים היושב בסקריפטוריום ועמל על העתקת ספר. הוא מאד משתדל להעתיק נכון ומדויק. עבודתו חשובה עד מאד משום שבזמנים ההם עוד לא קיימת מכונת הדפוס  ובספרים שהוא כותב טמון ידע חשוב מאד, החל מנוסח התפילות וכלה בספרי אסטרונומיה וטבע. הוא מעתיק את הספרים לספרים חדשים כדי שאפשר יהיה להעבירם למנזר החדש שמוקם בכפר השכן. הוא כותב על הדפים הכי משובחים וחזקים שהיו במנזר והוכנו בעמל רב על ידי הנזירים וזאת כדי שהספרים יחזיקו מעמד זמן רב ככל האפשר. לפתע נכנס נער קטן ואומר בדחיפות: "ראש המנזר צריך את המתכון ללחם הקודש" הוא ממשיך: "תן לי בבקשה את הספר כדי שאוכל לתת לראש המנזר את המתכון". אבל הספר גדול וכבד ולא מוציאים אותו מהספריה כדי לשמור עליו שלא יהרס. לכן הנזיר מציע לנער דף דק שהכין זה עתה ושיעתיק רק את המתכון שהוא צריך, שהרי הוא לא זקוק לכל אשר כתוב בספר הגדול. כך עושה הנער , מעתיק על הדף הדק ויוצא מהר אל הציטופלסמה...


הספריה היא גרעין התא ובה נשמר המידע הגנטי ב- DNA היציב. כאשר יש צורך בחלבון מסוים 'מועתק' המידע הנחוץ ליצירת החלבון, המתכון, ב- RNA שליח. שהרי אין צורך בכל הספר, כל ה- DNA, כדי להכין חלבון אחד. יש צורך רק במקטע הנחוץ להכנת החלבון והוא הגן. אם כך, ה- RNA שליח יוצא מהגרעין אל הציטופלסמה ושם הריבוזום מייצר את החלבון לפי תבנית ה- RNA. יותר לא צריך את הפתק והוא מתפרק. לפני שהתא מתחלק, שהרי זו היא דרך ההתרבות של תאים, ה- DNA שבגרעין משתכפל בעזרת אנזים, הנזיר.


שימוש במטפורה לתיאור נושאים נוספים בביולוגיה מולקולרית:
1. מוטציות:   הנזיר מאד משתדל לעבוד במדויק אבל בכל זאת מדי פעם משתרבבות טעויות קטנות פה ושם (מוטציות). סך הכל, רוב הספר או המסמך ניתן לקריאה וממלא את תפקידו. כלומר, בטווח הקצר, מוטציות רבות אינן גורמות להשפעה ניכרת, למשל, עקב הכפלות של אזורים בדנ"א וייתור האזור הנפגע (redundancy) או מוטציות שאינן משנות חומצה אמינית (וזיכרו את ביה"ח לעוגיות אשר תוכנן על ידי דר' סוס ועובד טוב למרות הפיתולים והסילסולים). מידי פעם מכניס הנזיר טעות גדולה כמו דילוג על דפים או איות לא נכון של המילה הכי חשובה בפרק. במקרים כאלו מתרחשת סלקציה (פעולה על חלק מהתאים לפי מאפיינים רלוונטיים). יש פח לספרים שלא ניתנים לתיקון. כלומר, אם הדנ"א הועתק באופן כה גרוע כך שהאורגניזם אינו שורד ולכן אינו יכול להתרבות, לדנ"א זה לא תהיה הזדמנות להשתכפל שוב.


2. גן, בהתאם למטאפורה, הוא רצף אשר ניתן לשעתקו (לשרבט על נייר טיוטה) ולשלוח למקום אחר לצורך השימוש בו (מחוץ לסקריפטוריום, מחוץ לגרעין). נייר טיוטה הוא אנלוגיה סבירה משום שהפורמט של הטרנסקריפט זמני. המסר נכנס לשימוש תוך פרק זמן קצר, אחרת הוא 'נקרע'. למעשה, טרנסקריפט הדנ"א עשוי ממולק' רנ"א חד גדילית, mRNA. וזה המקום להסביר על ה- template, השיעתוק, והשימוש באורציל - U. מפה ממשיכים לתרגום - המידע מתורגם משפה אחת לשפה אחרת - בחדר אחר נמצא מנגנון דו לשוני המסוגל לקרוא את שתי השפות: שפת הדנ"א ושפת החלבון. האורגניזמים עשויים בעיקר מחלבון ובאנלוגיה לביה"ח לעוגיות, חלבונים הם המכונות וכל התשתית של ביה"ח. פה נכנס ההסבר על הצופן הגנטי. כאשר אם המילה בעלת אורך של אות אחת וביידינו 4 אותיות, יכולות להתקבל 4 מילים. אם המילה באורך שתי אותיות - 16 מילים ואם באורך 3 אותיות - 64 מילים. ואז יש 'מילים נרדפות' ואפילו 'סימני פיסוק'.


בהקשר של מדעי העצב  - לא קשור ישירות אבל בכל זאת אני מזכירה כי זו אנלוגיה מוצלחת לדעתי - כדי להסביר מדוע יש צורך לסלק את הנוירוטרנסמיטר מהסינפסה, דקסטר-דייר מדמה אותו לפתק post-it ששמים על המקרר "לקנות חלב" "לקנות חלב" "לקנות חלב" "לקנות חלב" "לקנות חלב" "לקנות חלב", וימשיך כך עד שנסיר אותו ונזרוק לפח. או בהקשר של הילדים:"סדר את החדר" :"סדר את החדר":"סדר את החדר" עד שיגיע AChE או יופעל טרנספורטר לפתקים.


המקור למטאפורה (עם שינויים קלים שלי) הוא קורס Basic genetics של פרופ' בטסי דקסטר-דייר

יום חמישי, 26 באוגוסט 2010

להסביר גנטיקה

לפרופ' בטסי דקסטר-דייר יש דרכים מיוחדות להסביר גנטיקה. בסדרת ההרצאות המופיעה ב- Modern Scholar היא משתמשת בדוגמאות ומטפורות מעניינות כדי להמחיש נושאים בגנטיקה. בהקשר של גנטיקה מנדליאנית, דקסטר-דייר מדגימה את היחס בין הפנוטיפים המתקבלים בצאצאים על ידי משחק קלפים בין שני אנשים כשכל אחד מהם מחזיק קלף אחד לכל אלל. כ"א זורק קלף למרכז ובודקים מה הפנוטיפ שמתקבל. לאחר מכן סורקים את כל השילובים האפשריים כדי להגיע ליחס 3:1 למשל. כדי לגשת למנדל, דקסטר-דייר מקדימה ועוסקת ברביה אל-מינית של צמחים המאפשרת קבלת פרטים רבים הזהים זה לזה מבחינה גנטית. היא למשל מספרת על יערות של עצי צפצפה (Aspen trees) שבהם כל העצים זהים גנטית זה לזה, כלומר הם למעשה משובטים, clones. משורשי העץ הראשון יצאו ניצנים שמהם התפתחו עצים אחרים וכן הלאה. בדומה לכך, כל אוכלוסית העצים במטע בננות או תפוחי עץ היא קלונלית. למשל, המגדלים מרבים עצי תפוחי עץ על ידי חיבור ייחורים לגדמי גזע. קחו לדוגמא תפוחי אדמה מהסופרמרקט, חתכו ל-4  ושתלו את החלקים באדמה ותקבלו 4 צמחי תפוחי אדמה חדשים. קלי קלות! כך מעבירה דקסטר דייר את מסר 'נקיון המערכת' איתה עבד מנדל, זרעי אפונה זהים לגמרי מבחינה גנטית.  היא מנצלת את ההזדמנות להדגיש שבעוד שבצמחים הרביה הא-מינית קלה ונפוצה, שהרי אפשר לגדל שבטי צמחים על ידי הרכבות, פקעות, פיצול שורש, ושתילת גבעול, בבע"ח נפוצה יותר רביה מינית. וביתר פירוט, בששת הקבוצות העיקריות של האורגניזמים יש חשיבות שונה לרביה מינית לעומת רביה א-מינית: 1. בע"ח: בעלי חוליות: יונקים - תמיד רביה מינית. לכן אנחנו מקשרים רביה עם מין; ציפורים - תמיד רביה מינית; דגים, דו חיים וזוחלים - בד"כ רביה מינית (יש יוצאי דופן); חסרי חוליות: רביה מינית וגם א-מינית; 2. צמחים: מתקיימות שתי צורות הרביה אך בניגוד לבע"ח, הרביה הא-מינית חשובה יותר ו-'למזלו' מנדל בחר בצמח כדי לבדוק את נושא התורשה; 3. פטריות 4. פרוטיסטים (אמבה ופרמציום) - בשני אלו מתקיימות רביה מינית וגם א-מינית 5,6. חיידקים וארכיאה - רק רביה א-מינית, על ידי חלוקה. לכן, יצירת כלב משובט מחיית המחמד האהובה עליך דורשת מניפולציה משמעותית במעבדה.

לאחר מכן מדגישה דקסטר-דייר את העובדה שמנדל בדק תכונות הנובעות כנראה מגן בודד ובכך הן נדירות. ברוב האורגניזמים ובעיקר בבעלי חיים אין כמעט תכונות הנובעות מגן בודד (monogenic) אלא, בדרך כלל תכונה או פנוטיפ היא תוצר של מספר גנים ולעיתים קרובות משפיעים גם גורמים סביבתיים ולכן אי אפשר לדבר על "הגן לאלכוהוליזם", "הגן לתוקפנות" וכדומה באופן כה פשטני. יתרה מזאת, כאשר אדם נושא מוטציה העלולה לגרום למחלה מסויימת, פעמים רבות "חדירות" המחלה אינה 100% וניכרת השפעה של גנים אחרים ושל הסביבה. נקודה זו חשובה משום שהיא מחזקת בעיני הלומד את החשיבות של אורח חיים ותזונה.
Heath Robinson's potato peeling machine

דקסטר-דייר חיברה מטאפורה מעניינת במיוחד כדי להסביר מסלולים גנטיים. היא מכנה את המטאפורה "בית חרושת לעוגיות בקופסה שחורה" בעיצוב רוב גולדברג, או דר' סוס, או הית' רובינסון". תארו לעצמכם בית חרושת להכנת עוגיות...המכונה הראשונה תהיה מכונה להכנת בצק מקמח, חמאה וסוכר. המכונה הבאה היא מזלג דרכים ומוסיפה שוקולד צ'יפס בחלק מהעוגיות והשאר ממשיכות, המכונה הבאה מוסיפה סוכריות לחלק מהעוגיות, המכונה הבאה קורצת עוגיות בצורות שונות, הבאה אופה. בית החרושת הזה נמצא בתוך קופסה שחורה ואנחנו לא רואים את המתרחש בפנים. כל מכונה היא אנזים או חלבון אחר אשר מבצע פעולה כלשהי בשרשרת. דמיינו כי ברשותכם הרבה בתי חרושת כאלו. מרובם מתקבלות עוגיות לפי הצפוי, סוגים שונים עם ציפויים שונים וכדו' אבל בחלק מבתי החרושת התוצרים שמתקבלים שונים מהמתוכנן. ניתן ללמוד איזו מכונה התקלקלה לפי התקלה. אם חסרות עוגיות עם שוקולד צ'יפס, נדע שהתקלקלה המכונה שמוסיפה שוקולד צ'יפס, אם לא יוצאות עוגיות בכלל, נדע שהתקלקלה מכונה משמעותית בתחילת הייצור, אולי מכונת ערבוב הבצק. "הקילקולים" במכונות הן מוטציות המובילות לתוצר חלבוני פגום. בית החרושת לעוגיות משמש את דקסטר-דייר כדי להסביר נושאים שונים בגנטיקה, למשל שימוש בעכברי knockout במעבדה כדי למצוא תפקיד של גן עלום - הורסים באופן מכוון את אחת המכונות בחלק מבתי החרושת ובודקים איך יצאו העוגיות.

דקסטר-דייר ממשיכה להסביר גנטיקה באמצעות נושא ביות חיות והכלאות כלבים. היא קרובה לנושא הביות, היא מסבירה, משום שגדלה בחווה. אכן, בתקציר הביוגרפיה שלה כתוב כי גדלה בחווה ברחובות, מסצ'וסטס...כן, ממש כך Rehoboth, Massachusetts. ההרצאות מרתקות גם למי שיודע גנטיקה, בעיקר משום שדקסטר-דייר מספרת את 'הסיפור' מזווית מאד ייחודית. בעיני זו דוגמה מרשימה למידת היצירתיות שיכול המורה לתרום לפרטים ולידע.

יום רביעי, 25 באוגוסט 2010

קיץ קריר

חזרנו מחופשה נהדרת בארה"ב. ביקרנו חברים טובים מ- Palo Alto וטיילנו. כולם התנצלו על שזה אחד הקייצים הקרים ביותר שהיו אי פעם בקליפורניה....
כשבועיים החלפנו בתים ומכוניות עם משפחה ישראלית מ- Sunnyvale ובחצי השני הסתובבנו ב- KOA ובשמורות הטבע הנפלאות של קליפורניה, אריזונה, נבדה ויוטה. התגלית המרעישה מבחינתנו היתה קאנו ב- Russian River וקייקים ב- lake Tahoe, lake Powel. ובכן, חזרנו רעננים ובכוחות מחודשים.

ברשומה הבאה אספר על ספר קולי (audiobook) ששאלתי מהספריה בפאלו אלטו ובו קורס בנושא גנטיקה בסיסית. את הקורס חיברה פרופ' בטסי דייר והוא כולל טכניקות דידקטיות להסברת הנושא המרתק והחשוב הזה.