בערוגת הגינה

 

בערוגת הגינה

מסביב לחבית

עמדו לרקד

כרוב עם כרובית

 

זאת הסלק ראה

והנה גם הוא בא

איתו עגבניות

והשמחה רבה

 

מילים: חיים נחמן ביאליק

לחן: מנשה רבינא

 

צמחים הם כמו מפעלים זעירים ועצמאיים, המייצרים תרופות ומוצרים רבים אחרים. בנוסף לחומרים שהם מייצרים לצורכי צמיחה ורבייה, יורדים מקווי הייצור שלהם יותר מ100,000- חומרים טבעיים הידועים כ"מטבוליטים משניים" המשמשים לכמה מטרות. למשל, בזמן שאנחנו מורחים על עצמנו קרם הגנה נגד הקרינה האולטרה-סגולה של השמש, הצמחים מגינים על עצמם באמצעות ייצור מטבוליטים משניים אשר פועלים כקרם נגד שיזוף. קבוצות שונות של מטבוליטים משניים מגיבים לאיומים סביבתיים אחרים, ומגינים על הצמחים מפני זיהום של חיידקים או פטריות. חומרים אלה חשובים גם למחזור החיים של הצמח, לבקרת צבע הפרי והפרח, לריח ולטעם אשר מושכים את החרקים או את הציפורים הנכונים, הממלאים את תפקיד ה"מתווך" או ה"שדכן" בתהליך ההפריה של הצמחים. יש גם מטבוליטים משניים אשר דוחים, ואפילו מרעילים, את המזיקים ואוכלי הצמחים. ד"ר אסף אהרוני, מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע, מתמקד בחקר רשתות הגנים והחלבונים המעורבים בתהליכי הייצור של מטבוליטים משניים, בתהליכי הבשלת הפרי, ובקביעת טעמו וריחו.

 

בעבודתו במכון ויצמן למדע מתכנן ד"ר אהרוני לחשוף את מאות הגנים השולטים בייצורם של המטבוליטים המשניים שמעורבים ביצירתה של אחת מיצירות המופת של הטבע: העגבנייה. רוב פעילותם של הגנים הללו ושל תוצריהם (המטבוליטים המשניים) מתרחשת בשלבים הסופיים של ההבשלה, כאשר צבע העגבנייה משתנה מירוק לאדום, הקליפה נעשית דקה יותר, והטעם והריח האופייניים "עולים לשלטון". תהליכים אלה תורמים לא רק לטעם ולריח של הפרי, אלא גם (אם כי בעקיפין) להגנתו. ד"ר אהרוני חוקר גם את השפעתם של גורמי עקה שונים, ואת התהליכים שבאמצעותם הצמחים מתגוננים כנגד תנאי העקה.

 

"הבשלה היא תהליך מורכב מאוד, אשר מתאפיין בשורה של שינויים ביוכימיים ופיסיולוגיים מתוזמנים", אומר ד"ר אהרוני. התוצר של תגובה כימית אחת יכול לשמש בסיס לתגובה הכימית הבאה לאורך כל תהליך ההבשלה, וההצטברות של מטבוליטים משניים מהווה היבט חשוב של ההבשלה. לשילובים שונים של טעם וריח יש, בזמן ההבשלה, תפקידים שונים, כגון הגנה על הפרי מפני גורמי מחלות שונים. כך, למשל, נוצרים בתהליך זה חומרים מרים, שתכליתם היא למנוע את אכילת הפרי לפני הבשלת הזרעים. בדרך זו נאבק הצמח כדי לאפשר לפרי למלא את ייעודו: פיזור זרעים והבטחת המשכיותו של הדור הבא.

 

ברוב הפירות ישנם כמה מאות שילובים של מטבוליטים משניים המעורבים ביצירת הטעם והריח. כדי לגלות ולזהות את הבסיס הגנטי של הסבך המורכב שלרשתות הגנים והחלבונים אשר מעורבים בתהליכי ההבשלה, פיתח ד"ר אהרוני כמה דרכים ליישום ושילוב של טכנולוגיות מתקדמות שאיפשרו לו, בין היתר, להפריד ולזהות את הנוכחות של כל תרכיב אשר תורם ליצירת הטעם והריח. חומרי הטעם והריח הבונים את התערובת יופרדו לחומרים בודדים באמצעות כרומטוגרפיה גזית ויזוהו לאחר מכן. כדי לגלות ולזהות פיגמנטים ותרכיבים אשר בולעים קרינה אולטרה סגולה, משתמשים המדענים בכרומטוגרפיה של נוזלים. שילובה של הטכנולוגיה הזאת בספקטרוסקופיה של מאסות מאפשר זיהוי ואיתור של מטבוליטים משניים נוספים, כולל חומרים שהמדענים לא תכננו לזהותם.

 

חברי קבוצת המחקר של ד"ר אהרוני מתכננים להשתמש בטכנולוגיה של שבבי די-אן-אי, וכן לפתח מספר רב מאוד של צמחי עגבניה מוטנטיים. שילוב הטכנולוגיות האלה יאפשר להם לנתח את השפעת הביטוי של גנים שונים על התפתחות תכונות הטעם, הריח וההתרככות של פרי הנמצא בתהליך הבשלה. להבנת המבנה ואופן הפעולה של רשתות הגנים והחלבונים המעורבים בתהליכים אלה עשויות להיות השלכות מחקריות רבות בתחום חקר מחזור החיים של הצמח, וכן ייתכן שאפשר יהיה לפתח על בסיסה יישומים שונים.

 

כעת מתמקד ד"ר אהרוני בפרי העסיסי של העגבניה, אך המחקרים שביצע בעבר הניבו פירות משלהם. במחקר הדוקטורט שלו, למשל, הוא הצליח לשבט ולאפיין גן מפתח הקרוי SAAT, שמקודד את האנזים אשר מבצע את התגובה הכימית שיוצרת שורה של שילובי חומרים החיוניים לטעמם של תות גינה, בננה ועוד. במחקר אחר הוא זיהה גן, שהתוצר החלבוני שלו ממלא תפקיד מרכזי בתגובה הכימית שיוצרת את שילובי החומרים אשר אחראיים לריח המנטה, הריחן וקליפת הלימון. כאשר שולב הגן הזה במטען הגנטי של צמח תפוח אדמה, הדיפו עליו של הצמח ריח מובהק של פרחים. אפילו האפידים, החרקים הקטנים המזיקים לירקות, לפירות ולעצי אורן, הגיבו לשינוי. בניסויים אחרים זיהה ד"ר אהרוני סידרה של שלושה גנים, שכאשר הם מתבטאים יתר על המידה בצמח הקרוי "אראבידופסיס", הם גורמים לכך שמשטח העלה יהיה מבריק ומכוסה שעווה, דבר שמעניק לעלה הגנה כפולה. 

 

הבנת הגנים המעורבים ביצירת המט-בוליטים המשניים ויכולת שליטה בהם עשויות להוביל לפיתוח דרכים חדשות להגדלת יבול, להגברת העמידות לבצורת ולמזיקים, להארכת חיי המדף של הפרי, וכן לשיפור הטעם. אך ייתכן שאלה הם יישומים בעלי חשיבות פחותה, בהשוואה לאפשרות שעולה מהעובדה שערכם הרפואי של המטבוליטים המשניים ידוע זה שנים רבות, כך ששליטה בתהליכי הייצור שלהם עשויה להציע דרכים רבות לפיתוח תרופות חדשות. למשל, מטבוליטים משניים הם המקור לפעולתם האנטי-סרטנית של מאכלים המבוססים על סויה, והימצאותם ביין תורמת להפחתת הסיכון לחלות במחלות לב. הגינה, מתברר, היא ארץ האפשרויות הבלתי-מוגבלות באמת.

ד"ר אסף אהרוני הצטרף למחלקה למדעי הצמח של מכון ויצמן למדע בחודש אוגוסט 2004. לפני כן למד לתואר ראשון ושני בפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית ברחובות. בשנת 1996 החל בלימודי דוקטורט במכון CPRO-DLO בווגנינגן שבהולנד. מחקרו התמקד בביוסינתזה של טעם הפרי בתות גינה בזמן ההבשלה. ד"ר אהרוני היה בין הראשונים שהשתמשו בשבבי די-אן-אי במדעי הצמח. הוא השתמש בטכנולוגיה זו לחקר ביטוי גנים המעורבים בתהליכי ההבשלה של תות גינה. לאחר מכן ביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של ד"ר אנדי פרירה באותו מכון. במחקר זה חקר את תפקידם של גנים שונים בתהליכי חילוף החומרים בצמחי

ריח מוכר יכול לזמן זיכרון ילדות כמו שיר ישן, אך כאשר האף סתום, אפילו אוכל מוכר וחביב מאבד את טעמו. הסיבה לכך היא, שהריח משפיע על הטעם. על הלשון יש קולטני טעם אשר יכולים לזהות רק ארבעה סוגים שונים של טעמים אמיתיים: חמוץ, מתוק, מלוח ומר. חוש הריח שלנו - שמסוגל לזהות אלפי שילובים שיוצרים ריחות שונים - מאפשר לנו לטעום את מיגוון הטעמים שאנו אוהבים. למשל, כאשר אנו לועסים מסטיק בטעם מנטה, וסוגרים את האף, נעלמת תחושת הטעם, אבל כאשר אנו משחררים את החסימה, תחושת הטעם חוזרת.