תנועת המים

מדעני המכון גילו כי גם לאחר סיום פירוק הקולגן, מולקולות המים ממשיכות לנוע ולשנות את קשרי המימן שלהן. הבנה טובה יותר של תהליך זה עשויה לסייע בתכנון תרופות מתקדמות למחלות אוטו-אימוניות ולסוגים שונים של סרטן.

יותר ממחצית משקל גופנו מקורו במים שהוא מכיל, אך מדענים אשר חוקרים את כימיית הגוף התייחסו מאז ומתמיד למים כאל "משקיף מהצד", אשר יוצר סביבה נייטרלית לתגובות ביוכימיות. במחקר חדש, שהתפרסם בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית" (PNAS), גילו פרופ' אירית שגיא וחברי קבוצת המחקר שהיא עומדת בראשה, במחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם פרופ' מרטינה הבנית' מאוניברסיטת רור בוכום שבגרמניה, ופרופ' גרג פילדס ממכון טורי פינס למחקר מולקולרי שבפלורידה, ארצות הברית, כי מים ממלאים תפקיד הרבה יותר מרכזי בתהליכי חיים מסוימים מכפי שסברו בעבר. ממצאים אלה עשויים להוביל לפיתוח מהיר ויעיל יותר של תרופות למחלות שונות, ובהן סרטן ומחלות אוטו-אימוניות.

"המחקר התמקד בפירוק הקולגן על-ידי אנזימים, תגובה ביוכימית הנפוצה כמעט בכל רקמות הגוף", אומרת מדענית הסגל ד"ר אינה סולומונוב, מקבוצתה של פרופ' שגיא. "קולגן הוא המרכיב העיקרי של התבנית הבין-תאית, אשר משמשת כתשתית תומכת לרקמות התאים. כחלק מפעילות תחזוקתה של התבנית מתפרק ונבנה מחדש הקולגן באופן שוטף". המדענים חקרו את פירוק הקולגן במבחנה באמצעות שלוש טכנולוגיות: פלואורסנציה, קרני רנטגן, וספקטרוסקופיית אינפרה-אדום.

על-פי התורה הקלאסית, אפשר לתאר את מהלכן של תגובות אנזימטיות באמצעות עקומה: התגובה מתרחשת בקצב הגובר תחילה ומתייצב בהמשך, והיא נמשכת עד שהאנזים מסיים את עבודתו, ומפרק לחלוטין את החומר הכימי. אך במחקר החדש נדהמו המדענים כשגילו, כי גם לאחר שכל הקולגן התפרק, עדיין אפשר היה לחזות בתופעות-לוואי של התהליך – כמו אדווה המתפשטת אחרי שאבן נזרקה למים: מולקולות המים בסביבה המשיכו לנוע ולשנות את קשרי המימן שלהם בתגובה לשינויים אשר התרחשו בזמן התגובה על פני השטח של האנזים עם הקולגן. תופעת-לוואי זו התרחשה במשך זמן רב יותר מאשר התגובה עצמה, וככל הנראה היא מכינה את הקרקע לתגובות כימיות וביוכימיות נוספות ברקמות הגוף. כך, למשל, בניסויים מסוימים פורק כל הקולגן תוך שנייה, אך תנועת המים נמשכה לפחות פי חמישה מזמן הפירוק. בהמשך גילו המדענים, כי תנועת המים השתנתה בהתאם לסוג הקולגן ולחומרי הפירוק של התגובה הכימית. ממצא זה מצביע על כך, שקיים קשר הדוק מאוד בין המים לבין התגובה.

בעקבות גילוי מפתיע זה התברר, שכדי להבין לעומק תהליכים אנזימטיים בגוף האדם, יש לברר כיצד משפיעות עליהם מולקולות המים המצויות בסביבתם. תובנות מעמיקות בתחום זה עשויות להיות חשובות לא רק לצורך הבנת תהליכים כימיים המתחוללים בגוף, אלא גם לשם פיתוח תרופות חדשות. למשל, היות שפירוק-יתר של קולגן מאפשר התפשטות של תאי סרטן אשר נודדים בדרכם לייסד גרורות חדשות, וכן תאים דלקתיים המובילים להתפתחות מחלות אוטו-אימוניות, ייתכן שהבנת התגובה של המים עם הקולגן תאפשר פיתוח של כלים חדשים להתמודדות עם מחלות אלה. למשל, ייתכן שאפשר יהיה לייעל את תהליכי הפיתוח של תרופות שונות באמצעות שליטה בתנועת המים.

"תוצאות מקדימות שהתקבלו לאחרונה מצביעות על תפקיד המים בהולכה כימית כאשר מדובר בסיבים טבעיים של קולגן", אומרת ד"ר סולומונוב. "ביסוס תוצאות אלה בעתיד יסלול את הדרך להבנה של תהליכים התפתחותיים ופתולוגיים של רקמות ואיברים המכילים סיבי קולגן". במחקר השתתפו גם ד"ר בנג'מין בורן מקבוצת המחקר של פרופ' שגיא; ד"ר מורן גרוסמן, תלמידת מחקר לשעבר במכון ויצמן למדע וחברה בקבוצתה של פרופ' הבנית', שכללה גם את ד"ר ג'סיקה דילמן-גסנר ואת ד"ר ולריה קונטי ניבלי.