החיידק של ד"ר ויצמן מכה שנית

01.09.2005
מימין: ד"ר יואב ברק, ד"ר אלי מורג, הדס גילרי, אלון קרפול, עילית נח, רחל חיימוביץ, יונתן כספי ופרופ' אד באייר. מנייר לסוכר
 
ד"ר חיים ויצמן בוודאי היה רווה נחת מהידיעה, כי החיידק שמילא תפקיד חשוב במאמציו למען הקמת מדינת ישראל,עשוי לרשום לזכותו הישג בין-לאומי נוסף.
 
כמדען צעיר ומבטיח בתחום הכימיה האורגנית, במנצ'סטר, לפני מלחמת העולם הראשונה, גילה ויצמן חיידק שמייצראצטון ואלכוהול מסוג בוטיל. למרות שפרופסור בכיר אחד באוניברסיטה יעץ לו "לשפוך אתהחומר לכיור", המשיך ויצמן לחקור את החיידק. ההמשך רשום בספר דברי הימים. כאשר פרצה המלחמה, נוצר מחסור חמור באצטון, אשר היה חיוני להפקת אבקת שריפה.אצטון הופק אז בעיקר מעץ, אבל עקב מחסור בחומרי גלם אלה עלתה חשיבותו של החיידק של ד"ר ויצמן, שהיה מסוגל לייצר אצטון מתירס. על-פי בקשת הממשלה הבריטית ייצר ויצמן, באמצעות החיידק, כמויות משמעותיות של החומר החיוני. הישג זה העלה את יוקרתו, ועזר לו להשיג את הצהרת בלפור ההיסטורית משנת 1917, אשר הבטיחה הקמת בית לאומי ליהודים בארץ ישראל.
 
בימים אלה חוזר החיידק, הקרוי Clostridium acetobutylicum, לחזית המדע. פרופ' אדוארד ("אדי") באייר, מהמחלקה לכימיה ביולוגיתבמכון ויצמן למדע, מצא דרך להסתייע בחיידק של ד"ר ויצמן לצורך הקטנת זיהום הסביבה ולהפקת חומרים בעת ובעונה אחת. מדובר בגיוס החיידק לפירוק תאית (צלולוז), שהיא המרכיב העיקרי של דפנות תאי צמחים.
 
תאית היא שרשרת יציבה של מולקולות סוכר, אשר מקנה לעץ את חוזקו ומשמשת מרכיב חשוב במוצרים חיוניים כמו בד ונייר.שרשרת של יותר משבע יחידות סוכר כבר יוצרת חומר בלתי-מסיס, אבל התאית עשויה להכיל עד 10,000 יחידות סוכר, דבר שהופךאותה לחומר חזק במיוחד. בטבע, סיבי תאית של עצים וצמחים אחרים מפורקים על-ידי מיקרו-אורגניזמים שונים, באדמה ובמים. כדי לבצע את המלאכה המורכבת הזאת משתמשים אותם מיקרו-אורגניזמים במעין מכונה מולקולרית המורכבת ממעין "גל ארכובה" הנושא כמה אנזימים. מכונה זו, הצלולוזום, שוברת את התאית הקשוחה והלא מסיסה, וקוטעת אותה ליחידות של סוכרים מסיסים החוזרים למחזור הפעילות הביוכימית של תאי הצמח. הבעיה היא, שהצלולוזום הטבעי מתקשה מאוד לפרק תאית המצויה במוצרים מעשה ידי אדם, כגון נייר. כתוצאה מכך, מיליארדי טונות של נייר שאינו מתפרק מצטברים באתרי פסולת, ויוצרים בעיה סביבתית עולמית בעלת ממדים אדירים.
 
פרופ' אדוארד ("אדי") באייר, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, ופרופ' רפאל למד מאוניברסיטת תל-אביב, אשר גילואת הצלולוזום בשנת 1983, ובשנים שלאחר מכן הבהירו את המבנה שלו, בונים כעת צלולוזומים "על פי הזמנה", אשר יכולים לבצע פעולות רבות ושונות, כולל פירוק יעיל של נייר. צלולוזומים "יזומים" אלה יכולים לפעול באופן עצמאי, או כחלק ממיקרו-אורגניזמיםשונים. כדי לשנות ולשפר את יעילותם של הצלולוזומים משתמשים המדענים בשיטות של הנדסה גנטית, המאפשרות להם להוסיף,לגרוע ולעצב מחדש יחידות משנה שונות הכלולות במכונת הצלולוזום.
 
בדרך זו יצרו המדענים מאות סוגי צלולוזומים, שאחד מהם, שנמצא היעיל ביותר, מבוסס על שילוב של שלושה אנזימים. צלולוזום זה מכיל אנזימים הפועלים על-פי שתי שיטות המשלימות זו את זו. אנזים אחד חותך את התאית כשהואלוכד אותה בפתח המצוי במבנה שלו, כמעין "פקמן". האנזים השני קוטע את השרשרת המלקולרית של התאית כשהוא מעביר אותה דרך תעלה המצויה במבנה שלו. השימוש בצלולוזום מהונדס זה עדיין רחוק מיישום בטיפול בפסולת, אך במעבדה כבר רואים את ניצני ההצלחה: הצלולוזוםהמלאכותי מצליח להפוך נייר גרוס לעיסה של דו-סוכרים מסיסים, בתוך יום אחד. "הטבע לא מתגבר על הנייר בכוחות עצמו. לפיכך, אנו שואפים ליצור צלולוזום שיבצע פעולות שלא היו צפויות, ולא נדרשו על-ידי האבולוציה", אומר פרופ' באייר.
 
מדענים רבים, במקומות שונים בעולם, פועלים לפיתוח דרכים לשיפור תיפקודו של הצלולוזום במיקרו-אורגניזמים שונים.כיוון פעולה זה החזיר למרכז הבמה את החיידק של ד"ר ויצמן. עם פיענוח ומיפוי הגנום שלו התברר, של- Clostridium acetobutylicum  יש גנים לצלולוזום. אך ממש כמו גרוטאה אשר שכחו אותה במרתף במשך שנים רבות, הצלולוזום הזה אינו פעיל,כך שהחיידק אינו משתמש בו. בעקבות מחקריו וממצאיו של פרופ' באייר החלו מדענים צרפתיים להפעיל שיטות של הנדסה גנטית, במטרה להחזיר לפעולה את הצלולוזום של החיידק של ד"ר ויצמן, ולגרום לו לייצר אצטון ובוטיל אלכוהול מפסולת נייר, ולא מתירס, כפי שנעשה בשנות מלחמת העולם הראשונה. כך נראה, שהחיידק שתרם רבות להגשמת החזון הציוני, יחזור ויתרום גם להגשמת חזון המיחזור של פסולת עתירת תאית.
 
מבנה הצלולוזום
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם