מפגשים

01.09.2014

כל תא בגוף האדם הוא עולם ומלואו: מאות מיליונים, אפילו מיליארדים, של מולקולות חלבון המכונסות בתוך חלל מיקרוסקופי. לחלקן יש "עבודות קבועות" במיקומים קבועים בתא, בעוד ששאר המולקולות נעות ממקום למקום; כמה מהן מרכיבות מבנים בעלי עמידות לאורך זמן, ואילו אחרות מיוצרות לשם מטרה מסוימת ומפורקות לאחר שסיימו את תפקידן. כדי לקבל תמונה רחבה יותר של עולם זה, עלינו להבין את החוקים שעל-פיהם פועל "המבנה החברתי" של החלבונים. לדוגמה: האם סוגים מסוימים של חלבונים מאכלסים את התא באופן צפוף יותר מאחרים? היכן החלבונים השונים "הולכים לעבוד"? ועם אילו חלבונים אחרים הם נפגשים, אם כבדרך אגב ואם כחלק משותפות ארוכת-טווח?
 
מחקריו של ד"ר עמנואל לוי, מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע, נועדו למצוא את התשובות לשאלות אלה, באמצעות שיטה שעזר לפתח בתקופת מחקרו הבתר-דוקטוריאלי במעבדה של פרופ' סטיבן מיצ'ניק באוניברסיטת מונטריאול. באמצעות אותה שיטה צפו באחרונה ד"ר לוי ופרופ' מיצ'ניק בתנועתם של חלבונים בכ-4,000 תאי שמרים. ממצאיהם מראים, כי אותן "רשתות חברתיות", בנוסף למפגשים מקריים, ממלאות תפקיד גדול יותר בתא לעומת מה שחשבו בעבר. תוצאות מחקרם הופיעו באחרונה בכתב-העת Cell Reports.
 
השיטה החדשה כרוכה בפיצול של חלבון, אשר נחוץ להישרדות התא, לשני חצאים, וסיפוח כל אחד מהחצאים לחלבון אחר. אחד החלבונים האלה הוא המדווח, והשני הוא המטרה. אם חלבון המטרה מתקרב לחלבון המדווח, שני החצאים של החלבון החצוי יתאחדו, וזן השמרים ישרוד ויתפתח. ככל שרמת חלבוני המטרה בסביבת החלבון המדווח גדולה יותר, כך תהיה התפתחות השמרים טובה יותר. שיטה זו מוצלחת כל כך במדידת רמות החלבונים ואיתורם, עד שהמדענים הצליחו ליצור "מיפקד אוכלוסין" מדויק של מרבית החלבונים שנבדקו. משמעות הדבר היא, אומר ד"ר לוי, שלראשונה אפשר למדוד, בדיוק רב, את ריכוז החלבונים באיזור מסוים של תא חי. מדידה מקומית של ריכוז חלבונים היא אכן פעולה שקשה ואף בלתי-אפשרי להצליח בה בשיטות אחרות, כגון ספקטרומטריה של מאסות, הכרוכה בהריגת התא, או מיקרוסקופיה, שעלולה להיות משימה מפרכת, בהתחשב בקנה-המידה הרחב שבו מדובר.
 
"אם נחשוב על הקמפוס של מכון ויצמן למדע כעל תא, ועל האנשים שעובדים בו כחלבונים, המדווחים בהם אנו משתמשים מסוגלים לבדוק כמה זמן מבלים אנשים מסוימים בבניין כזה או אחר", הוא אומר. הממצאים מראים, כי לחלבונים מנהגים מגוונים ביותר, במידה שהפתיעה את המדענים: בניגוד לעובדים אנושיים ממוצעים, ששעות עבודתם, ברוב המקרים, דומות מאוד, חלק מהחלבונים היו חרוצים פי אלף יותר מאחרים. "בהשאלה, המצב דומה לכך שחלק מהעובדים יבלו דקה אחת במקום עבודתם, בעוד שעובדים אחרים יעבדו ברציפות במשך שבוע שלם", אומר ד"ר לוי. החלבונים הנפוצים ביותר הם גם אלה שסביר ביותר היה למצוא מחוץ למקום עבודתם. אם נחזור למטאפורה של המכון, אם אדם הוא עובד קפטריה קבוע, אך נמצא במקום רק דקה בשבוע, הוא לא ישאיר כל רושם. בניגוד אליו, אדם שעובד במעבדת כימיה, אך מבלה בקפטריה כמה שעות בשבוע, עשוי לרקום קשרים אישיים עם צוות הקפטריה. לעניין זה יש השלכות עמוקות על שכיחות יחסי הגומלין בין החלבונים. ניתוח הנתונים חשף, כי הסיכויים של שני חלבונים להיפגש הם, ראשית לכל, פועל יוצא של מספרם בתא.
 
ממצא זה, בנוסף לממצאים נוספים, מעלה שאלות בסיסיות ביותר ביחס לאופן תיפקודו של התא בפועל. נראה כי האקראיות, שהיא עיקרון בסיסי של האבולוציה, היא חלק בלתי-נפרד ממנגנוני התא. הטבע אינו מפסיק לתקן את עצמו בכל הזדמנות שיש לו, אומר ד"ר לוי, והוא עשוי להעניק משימה חדשה לכלי קיים, באותה מידה שבה ייתכן שיפַתח כלי חדש. לכן, במקום לקבל את ההנחה שעולם התא הוא ממלכה מאורגנת, שבה לכל חלבון יש מקום במבנה הכולל, מחקר זה מציע למדענים להסתכל על עולם התא כעל "רשת חברתית" מבולבלת, בה עשויים המפגשים המקריים של החלבון ברחבי התא לקבוע את התנהגותו.
 
 

אישי

ד"ר עמנואל לוי הצטרף למכון ויצמן למדע בשנת 2012, והקים בו מעבדה רובוטית המיועדת לחקר הפרוטאום. במעבדה זו מגדלים מאות מושבות שמרים על צלחת יחידה, ואפשר להדגיר בה מאות צלחות בעת ובעונה אחת. תוצאות ההדגרה מצולמות ומנותחות באמצעות מחשב. התנסויותיו הראשונות של ד"ר לוי בעבודה עם חלבונים היו במהלך מחקרו הבתר-דוקטוריאלי, בקבוצתו של פרופ' סטיבן מיצ'ניק באוניברסיטת מונטריאול. בלימודיו לתואר ראשון ולתואר שני בעיר מולדתו, פאריס, ובהמשך באוניברסיטת קיימברידג' שבבריטניה, התמקד לוי בצד התיאורטי של חקר חלבונים, ולמד כיצד הם בנויים ואיך הם מתפתחים.
 
לוי, שבזמן ביקורו הקודם בישראל שהה בחופשה בת חודש בקיבוץ, אומר שהתפתה להצטרף למכון לאחר שהוזמן לשאת הרצאה במסגרת המחלקה. "בחרתי להגיע לכאן מפני שזהו המקום הטוב ביותר עבור מדע מהסוג הזה", הוא אומר. ד"ר לוי נשוי למלאני, אותה פגש בקיימברידג', והזוג מצפה לילדם הראשון. מלאני מבצעת מחקר בתר-דוקטוריאלי בדיני בריאות ובביו-אתיקה. בזמנו הפנוי אוהב לוי לבשל ולהלחין מוסיקה אלקטרונית.
 
ד"ר עמנואל לוי. מיפקד אוכלוסין
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם