עכשיו ברעש

כאשר לומדים שפה חדשה, קשה לעקוב אחרי שיחה בין שני דוברי השפה. המצב עלול להיות קשה שבעתיים כאשר מנסים לעקוב אחר הנאמר בחדר שבו מתנהלת שיחה בין אנשים רבים, שכולם דוברים את אותה שפה כשפת אם. ד"ר ניר פרידמן, מהמחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע, מכיר את הקושי הזה מקרוב מכיוון שהוא מנסה להבין את ה"שפה" המולקולרית של תאי המערכת החיסונית.

 

כאשר הגוף מתמודד עם אתגר חיסוני כגון זיהום או סרטן, מתגייס צבא התאים של המערכת החיסונית, וכל התאים משתפים פעולה כדי להשיב מלחמה באופן מתואם. "הוראות" עוברות מ"דרג" אחד של תאים ל"דרג" שני, וכל סוג של תאים מבצע "פקודות" מסוימות המובילות לתגובה חיסונית מתואמת ומתאימה למצב. הוראות הפעולה האלה מועברות בין התאים באמצעות מולקולות שונות, ובהן גם חלבונים קטנים הקרויים ציטוקינים, הנושאים מידע רלוונטי ומוגדר, ממש כמו מילים בשפה אנושית.

 

בגלל רעש רקע (מולקולות רבות ש"מסתובבות בשטח"), קשה מאוד להבין מה בדיוק קורה - כלומר, איזה תא "מדבר" עם איזה תא אחר, ואיך מתורגמות ההוראות המולקולריות לתגובות של התאים. לכן, כדי להבין את התהליך הבסיסי הזה אשר מתרחש תוך כדי התגובה החיסונית, רצוי לחקור את המערכת ברמה של תאים בודדים ולא להסתפק בסקירת אוכלוסיות שלמות של תאים. במילים אחרות, רצוי "להאזין" בכל פעם לתא אחד בלבד.

 

הכלים המדעיים הקיימים מוגבלים למדי ברגישותם וביכולתם לאפשר מעקב אחר פעילותם של תאים בודדים. למשל, מדענים משתמשים רבות בגנים "מדווחים", כגון חלבון בוהק ירוק (GFP), מפני שהוא "משדר" את דיווחיו באמצעות אור כאשר הוא מתבטא יחד עם החלבון הנחקר. אבל אם החלבון מיוצר בתא בכמויות קטנות יחסית, הבוהק של החלבון המדווח יהיה חלש מכדי שאפשר יהיה לגלותו במיקרוסקופ רגיל.

 

ד"ר פרידמן, שהוא פיסיקאי בהכשרתו, החליט להשתמש בכלים המשמשים בדרך כלל למחקרים בפיסיקה, כדי לחקור מערכות ביולוגיות. בעת שביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת הרווארד הוא פיתח, יחד עם חוקרים נוספים, שיטה חדשה המאפשרת לגלות חלבונים המיוצרים בתא (בחיידק E.Coli) גם כשמדובר במולקולה בודדת.

 

כדי לגלות כמויות זעירות כל-כך של חלבון, השתמשו המדענים באנזים בטא-גלקטוזידזה לצורך דיווח. במקרה זה, מקורו של האות הנמדד איננו באנזים עצמו, אלא בחומר מטרה אחר, המפורק על-ידו. ברגע שחומר המטרה מפורק הוא בוהק, וכך מדווח על קיומו של האנזים שמפרק אותו. מכיוון שמולקולה אחת של אנזים יכולה לפרק הרבה מולקולות מטרה בשנייה, נוצרת הגברה חזקה של האות, דבר שמאפשר לגלות כמויות זעירות של החלבון המדווח (האנזים) באמצעות מערכות מיקרוסקופיה רגילות. זאת, לפחות, הייתה התיאוריה. בפועל, המדענים לא הצליחו לקלוט את האותות, מכיוון שתוצרי הפירוק של חומר המטרה סולקו מהתא במהירות, מיד לאחר שנוצרו - מה שהוביל לירידה משמעותית בעצמת האותות. כדי להתגבר על בעיה זו, השתמשו המדענים בהתקנים זעירים ומתוחכמים המחולקים לחללים סגורים (בטכנולוגיה הנקראת micro-fluidics), שבתוכם אפשר ללכוד תאים בודדים, וכך למנוע מהאותות הבוהקים לברוח מהחללים.

 

השיטה החדשה שפותחה איפשרה לחוקרים להבחין לראשונה ב"פולסים" של ייצור החלבון - פרקי זמן קצרים שבמהלכם נוצרות מספר מולקולות חלבון, שביניהם פרקי זמן ארוכים יותר בהם יש הפסקה בייצור. הממצאים מראים, שתהליך בסיסי זה של ייצור חלבון הוא אקראי וחסר סדר: משך הזמן בין "פולס" למשנהו וכן מספר מולקולות החלבון הנוצרות בכל "פולס" כזה משתנים בכל פעם. הודות לשיטה החדשה ניתן כעת לאפיין אותם באופן ניסיוני.

 

במחקריו העכשוויים במכון ויצמן למדע מתכנן ד"ר פרידמן לפתח ולשנות את המיקרו-התקנים האלה כדי ללכוד תאים של המערכת החיסונית, ו"להאזין" סוף-סוף לשיחות הציטוקינים שהם מנהלים ביניהם. בשלב הראשון הוא מתכוון להתמקד בתאי T מסייעים - סוג של תאי דם לבנים אשר מפרישים ציטוקינים ומעורבים בהפעלה ובהכוונה של תאים חיסוניים אחרים בזמן התגובה החיסונית. מכיוון שלתאי T אלה יש גם קולטנים לציטוקינים מסוימים, הם מסוגלים להגיב לציטוקינים שהם בעצמם מפרישים. אך מדוע שתאי ה-T יעשו זאת? כיצד תופעה כזאת תועיל למערכת? האם זה הופך את התגובה ליותר בררנית ומדויקת? האם זה מוביל לתגובה בסגנון הכל-או-כלום? הבנת התהליכים האלה עשויה לשפוך אור על פעילויות ביולוגיות שונות בעלות חשיבות בהפעלה ובהתמיינות של תאי T.

 

בנוסף, אם "האזנה" לתאים בודדים תאפשר למדענים להבין את ה"מילים" הבסיסיות של ה"שפה" הציטוקינית, הם יוכלו להיות נועזים יותר ולפתוח חלק מהמעברים בהתקנים המיניאטוריים, כדי ליצור מפגשים תאיים מורכבים יותר, שבהם תאים רבים יותר מדברים זה עם זה. כך אפשר יהיה לפענח את המשמעות של חלקים נרחבים יותר בשיחה כולה.

 

שילוב שיטות חדשות אלה עם מודלים מתמטיים וניתוחים אנליטיים עשוי לאפשר למדענים לחזות איך יגיבו התאים בתנאים שונים, ולבחון את התחזיות האלה בניסויים כדי לבסס את התיאוריות. ד"ר פרידמן: "בשל השפעתם הרבה על המערכת החיסונית, הציטוקינים עשויים לשמש כאמצעי ריפוי יעילים. הבנה טובה יותר של התקשורת הבין-תאית עשויה לאפשר, בעתיד, מימוש נרחב יותר של הפוטנציאל הרפואי של מולקולות אלה".

 

ד"ר ניר פרידמן נולד בתל-אביב. בשנת 1989 קיבל תואר ראשון בפיסיקה ובמתמטיקה מהאוניברסיטה העברית, במסגרת תוכנית "תלפיות", ובזמן שירותו הצבאי למד לתואר שני בפיסיקה באוניברסיטת תל-אביב. את הדוקטורט עשה במכון ויצמן למדע בהנחיית פרופ' ניר דודזון במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות. הוא קיבל את התואר בשנת 2001, ונשאר במכון למחקר בתר-דוקטוריאלי במשך שנתיים במעבדתו של פרופ' יואל סטבנס. אז התחיל להתעניין בתאים ואורגניזמים חיים. לאחר מכן ביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת הרווארד, שם שהה ועבד ארבע שנים. בשנת 2007 הצטרף למחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע.

 

ד"ר פרידמן קיבל מספר מלגות ופרסים יוקרתיים, כולל מענק לקידום קריירה מ-Human Frontier Science Program האירופי. במכון ויצמן למדע הוענק לו, בשנת 2007, פרס המחקר על-שם סר צ'ארלס קלור. הוא נשוי ואב לשלושה ילדים. תחביביו כוללים צילום, האזנה לג'אז ונגינה בתופים בלהקת ג'אז.