בשנים האחרונות התברר שמעט מאוד גנים הם חיוניים להישרדותו של האורגניזם, עד כדי כך שפגיעה בהם עלולה להוביל למות האורגניזם. צוות מדענים ממכון ויצמן למדע, מציע תהליך המאפשר לאורגניזמים לפצות את עצמם על פגיעה או על אובדן של גנים שיש להם "ממלאי מקום".
המדענים, ד"ר יצחק פלפל ותלמידי המחקר רן כפרי וארן בר-אבן מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, עוסקים במדע חדש הקרוי ביואינפורמטיקה. מדובר בשילוב של טכניקות וטכנולוגיות של עיבוד נתונים ממוחשב, עם מחקרים בתחום הגנטיקה המולקולרית. הביואינפורמטיקה מאפשרת למדענים להתמודד עם השטף העצום של המידע הנובע מפרויקט המיפוי והריצוף של גנום האדם, וכן מפרויקטים דומים למיפוי ולריצוף גנומים של אורגניזמים רבים אחרים. בדרך זו הם מצליחים לזהות מגמות, מבנים ותהליכים מסודרים בסדרי ההתבטאות של גנים ובייצור החלבון שהגן מקודד על ידי התא. מדעני המכון התמקדו במחקריהם בתאי שמרים, המהווים דגם ידוע ומקובל למחקרי גנטיקה.
על בסיס מחקרים שבוצעו בשמרים בעבר, המדענים מניחים כי החלק היחסי של גנים שיש להם "מחליפי מקום", מגיע, פחות או יותר, ל-% 80 מהגנום של המיקרו-אורגניזם הזה.
למעשה, לכל אחד מהגנים הללו יש מספר "ממלאי מקום" פוטנציאליים, המצויים אי שם בגנום. כמו השחקנים המחליפים בקבוצת כדורגל, גם "ממלאי המקום" הגנטיים הללו אינם זהים לגן המקורי אלא הם גנים המסוגלים לייצר חלבון שהוא דומה מספיק לחלבון שמייצר הגן המקורי. בניגוד להנחה של מדענים רבים אשר סברו כי "ממלאי המקום" הגנטיים הללו מתבטאים יחד עם הגן המקורי בעת ובעונה אחת, כך שביחד הם מספקים לאורגניזם חלבון בכמות הנחוצה הצליחו ד"ר פלפל וחברי קבוצת המחקר שלו להראות שלמעשה, בעת שהגן "המקורי" מתבטא, הגנים האחרים "שותקים" ואינם פועלים. אבל, אם וכאשר הגן המקורי נפגע, או נמחק, עולים 'שחקני הספסל' למגרש ומתחילים להתבטא.
כיצד יודעים הגנים "ממלאי המקום" שהגן המקורי אינו מתפקד כראוי ושעליהם להיכנס לפעולה?
מדעני מכון ויצמן ניתחו נתונים שעלו מ-40 מחקרים שבוצעו בתאי שמרים, על-ידי מדענים רבים במקומות שונים בעולם. על בסיס ניתוח המידע הזה, הם מציעים תהליך משוב הממלא את תפקידו של המאמן בקבוצת כדורגל, המורה לשחקנים המחליפים מתי להיכנס לפעולה. תהליך משוב זה מתואר במאמר שמפרסמים המדענים בכתב העת המדעי "נייצ'ר ג'נטיקס".
שאלה נוספת נוגעת לדרך שבה הגנים "ממלאי המקום" שרדו בתהליכי האבולוציה ארוכי הטווח. דבר ידוע הוא שבקבוצת כדורגל, שחקן ספסל שיישב יותר מדי זמן על הספסל ולא ישותף במשחקי הקבוצה, עלול לאבד מכושרו הגופני, יכולת התגובה שלו וביטחונו העצמי. כתוצאה מכך, הוא עלול לאכזב ולא לתפקד ברגע המכריע, כשהקבוצה תזדקק לו. באותה מידה, גן "ממלא מקום" שלא ייקרא לפעולה זמן רב מדי, עלול להיות מנופה ומסולק מהגנום על-ידי התהליכים האבולוציוניים. כיצד, אם כן, נותרו בגנום כל אותם "שחקני ספסל" גנטיים? מדעני המכון מציעים הסבר המבוסס על העובדה שכל אחד מהגנים הללו מתאפיין במבנה שונה במעט מהגן המקורי. הייחוד הזה מאפשר ל"ממלא המקום" הגנטי לבצע תפקידים ייחודיים רק לו, דבר שיהפוך אותו לחיוני מספיק כדי שתהליכי הניפוי של האבולוציה יפסחו עליו, והוא יישאר בגנום, ויוכל להציע ולספק בעת הצורך את שירותיו כגן מחליף.
המדענים, ד"ר יצחק פלפל ותלמידי המחקר רן כפרי וארן בר-אבן מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, עוסקים במדע חדש הקרוי ביואינפורמטיקה. מדובר בשילוב של טכניקות וטכנולוגיות של עיבוד נתונים ממוחשב, עם מחקרים בתחום הגנטיקה המולקולרית. הביואינפורמטיקה מאפשרת למדענים להתמודד עם השטף העצום של המידע הנובע מפרויקט המיפוי והריצוף של גנום האדם, וכן מפרויקטים דומים למיפוי ולריצוף גנומים של אורגניזמים רבים אחרים. בדרך זו הם מצליחים לזהות מגמות, מבנים ותהליכים מסודרים בסדרי ההתבטאות של גנים ובייצור החלבון שהגן מקודד על ידי התא. מדעני המכון התמקדו במחקריהם בתאי שמרים, המהווים דגם ידוע ומקובל למחקרי גנטיקה.
על בסיס מחקרים שבוצעו בשמרים בעבר, המדענים מניחים כי החלק היחסי של גנים שיש להם "מחליפי מקום", מגיע, פחות או יותר, ל-% 80 מהגנום של המיקרו-אורגניזם הזה.
למעשה, לכל אחד מהגנים הללו יש מספר "ממלאי מקום" פוטנציאליים, המצויים אי שם בגנום. כמו השחקנים המחליפים בקבוצת כדורגל, גם "ממלאי המקום" הגנטיים הללו אינם זהים לגן המקורי אלא הם גנים המסוגלים לייצר חלבון שהוא דומה מספיק לחלבון שמייצר הגן המקורי. בניגוד להנחה של מדענים רבים אשר סברו כי "ממלאי המקום" הגנטיים הללו מתבטאים יחד עם הגן המקורי בעת ובעונה אחת, כך שביחד הם מספקים לאורגניזם חלבון בכמות הנחוצה הצליחו ד"ר פלפל וחברי קבוצת המחקר שלו להראות שלמעשה, בעת שהגן "המקורי" מתבטא, הגנים האחרים "שותקים" ואינם פועלים. אבל, אם וכאשר הגן המקורי נפגע, או נמחק, עולים 'שחקני הספסל' למגרש ומתחילים להתבטא.
כיצד יודעים הגנים "ממלאי המקום" שהגן המקורי אינו מתפקד כראוי ושעליהם להיכנס לפעולה?
מדעני מכון ויצמן ניתחו נתונים שעלו מ-40 מחקרים שבוצעו בתאי שמרים, על-ידי מדענים רבים במקומות שונים בעולם. על בסיס ניתוח המידע הזה, הם מציעים תהליך משוב הממלא את תפקידו של המאמן בקבוצת כדורגל, המורה לשחקנים המחליפים מתי להיכנס לפעולה. תהליך משוב זה מתואר במאמר שמפרסמים המדענים בכתב העת המדעי "נייצ'ר ג'נטיקס".
שאלה נוספת נוגעת לדרך שבה הגנים "ממלאי המקום" שרדו בתהליכי האבולוציה ארוכי הטווח. דבר ידוע הוא שבקבוצת כדורגל, שחקן ספסל שיישב יותר מדי זמן על הספסל ולא ישותף במשחקי הקבוצה, עלול לאבד מכושרו הגופני, יכולת התגובה שלו וביטחונו העצמי. כתוצאה מכך, הוא עלול לאכזב ולא לתפקד ברגע המכריע, כשהקבוצה תזדקק לו. באותה מידה, גן "ממלא מקום" שלא ייקרא לפעולה זמן רב מדי, עלול להיות מנופה ומסולק מהגנום על-ידי התהליכים האבולוציוניים. כיצד, אם כן, נותרו בגנום כל אותם "שחקני ספסל" גנטיים? מדעני המכון מציעים הסבר המבוסס על העובדה שכל אחד מהגנים הללו מתאפיין במבנה שונה במעט מהגן המקורי. הייחוד הזה מאפשר ל"ממלא המקום" הגנטי לבצע תפקידים ייחודיים רק לו, דבר שיהפוך אותו לחיוני מספיק כדי שתהליכי הניפוי של האבולוציה יפסחו עליו, והוא יישאר בגנום, ויוכל להציע ולספק בעת הצורך את שירותיו כגן מחליף.