מסתרי הרשת

01.03.2003
 
מאחור, משמאל לימין: נדב קשטן, רון מילוא ושלו איצקוביץ. יושב בחזית: ד"ר אורי אלון. עניין עקרוני
 
ואתא הקדוש ברוך הוא ושחט למלאך המוות;
דשחט לשוחט;
דשחט לתורא;
דשתה למיא;
דכבה לנורא;
דשרף לחוטרא;
דהיכה לכלבא;
דנשך לשונרא;
דאכלה לגדיא;
דזבין אבא בתרי זוזי;
חד גדיא חד גדיא.
 
שיר מסורתי הכלול בהגדה של פסח
 
לעיתים קרובות המוח האנושי מנסה לחפש את ה"סדר" שמונח בבסיסן של תופעות טבע מוכרות. מלאכה זו נעשית קשה ומסובכת יותר ככל שמספר הגורמים המעורבים ב"תופעה" גדל. בשיר המסורתי על הגדי האחד ("חד גדיא"), שנקנה לצורך הכנת ארוחת ליל הסדר בחג הפסח, הובילה קניית הגדי לשרשרת (רשת) של אירועים שהובילה לתוצאות שאי-אפשר היה לצפות אותן, ושחייבה בסופו של דבר את התערבותו של הקדוש ברוך הוא. בשיר הזה משתתפים בסך הכל עשרה גורמים: גדי, חתול, כלב, מקל, אש, מים, תורה, שוחט, מלאך המוות, ואלוהים. עכשיו, קחו את הגנים שלנו. כיצד פועלת רשת של 30,000 גנים בגרעין של כל תא כדי ליצור מרכיבים חשובים בעצם הווייתנו כבני אדם וכיחידים? כיצד פועלים מיליארדי תאי עצב במוח שלנו כדי להגיב על אותות הקלט שמעבירים אליהם איברי החישה שלנו (אף, עיניים)? כיצד הם יוצרים את מחשבותינו ורגשותינו? מדענים בכל העולם מנסים זה שנים להבין כיצד פועלות רשתות ביולוגיות (גנים, עצבים) במטרה למצוא עקרונות בסיסיים שעומדים בבסיס פעולותיהן של הרשתות האלה, ושחשיפתם תאפשר ניבוי מדויק של פעולות ותגובות הרשת במצבים נתונים. מטרה שאפתנית זו קיבלה באחרונה קרן אור של תקווה, כאשר קבוצת מחקר במכון ויצמן למדע, שבראשה עמד ד"ר אורי אלון מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, חשפה כמה עקרונות (מוטיבים) שלפיהם מתארגנות רשתות מסוגים שונים. במחקר, שממצאיו התפרסמו בכתב העת המדעי "סיינס", גילו המדענים שכמה מאותם עקרונות בנייה משותפים לרשתות של גנים, או תאי עצב במוח, או שרשרות מזון בטבע, ואפילו לרשת האינטרנט. תגלית זו היא צעד חלוצי וחשוב בדרך לפיתוחה של הרפואה העתידית, שתאפשר "תיקון" והחזרה לפעולה של מערכות ביולוגיות ש"התקלקלו".
 
השיטה המתמטית שבאמצעותה בוצעה התגלית הוצעה על-ידי ד"ר אלון במאמר שפורסם לפני חודשים אחדים בכתב העת "נייצ'ר ג'נטיקס". במחקר הנוכחי הצליח ד"ר אלון להוכיח, שעקרונות השיטה אכן מיושמים בפועל במספר רב של מערכות ורשתות בתחומים שונים.
 
השיטה נולדה כתוצאה מהערכתו של ד"ר אלון, שעקרונות בנייה הממלאים תפקיד חשוב בטבע יופיעו בתדירות גבוהה הרבה יותר מזו הצפויה באופן סטטיסטי. קו מנחה זה, סבר ד"ר אלון, עשוי להוביל למציאת העקרונות של בניית רשתות שונות במערכות ביולוגיות. באמצעות אלגוריתם שפיתח, בחן ד"ר אלון ממצאים מדעיים רבים הקיימים במערכות של מספר בעלי-חיים שנחקרו רבות ושהמידע שהצטבר עליהם רחב ומקיף. במחקר זה הוא הבחין בעובדה, שמספר תבניות במערכות אלה הופיעו בתדירות הרבה יותר גבוהה בהשוואה לשיעור שבו הופיעו ברשתות אקראיות שהוא בנה לצורך ההשוואה. ד"ר אלון שיער, כי תבניות אלה, החוזרות על עצמן, מייצגות עקרונות עמוקים שלפיהם מתארגנות מערכות ורשתות ביולוגיות.
 
"באופן מפתיע", אומר ד"ר אלון, "מצאנו שני מוטיבים משותפים במערכות גנטיות ועצביות. כפי הנראה, שתי המערכות האלה, ששתיהן עוסקות בעיבוד מידע, בחרו להתארגן בדרך דומה. ייתכן שהמוטיבים המשותפים נבחרו מתוך מגמה להפחית את עוצמת ה'רעש הביולוגי', ולאפשר בכך הפעלה וכיבוי מורכבים ומדויקים יותר של הגנים או תאי העצב. אנו סבורים שהתבניות המשותפות מעצבות מעגלי תקשורת חשובים במיוחד, הממלאים תפקידי מפתח בתהליכי הבקרה של התא. תפיסה 'אדריכלית' או 'הנדסית' זו מזכירה את דרך פעולתם של מהנדסי אלקטרוניקה, המשלבים מעגלים אלקטרוניים ידועים במרכזן של מערכות טכנולוגיות שונות".
 
חשיפת אופיים של עקרונות הבנייה של מערכות ורשתות ביולוגיות, וכן העובדה שכמה מהם משותפים למערכות שונות, עשויה לסייע למדענים לקטלג את המערכות (כפי שגמלים ועכברים שייכים שניהם לאותה משפחה, משפחת היונקים, מערכות גנטיות ועצביות יוכלו גם הן להיות משויכות לאותה המשפחה). משמעותו של השיוך המשפחתי עשויה להיות רחבה למדי. ד"ר אלון אומר, שייתכן כי בדרך זו אפשר יהיה, למשל, ללמוד על המערכת העצבית באמצעות חקירתה של המערכת הגנטית, שהיא יותר נגישה.

"החלום", אומר ד"ר אלון, "הוא למצוא ולהבין את כל החוקים המושלים בגופנו, ובכך לחשוף לגמרי את דרך פעולתו של התא החי, ואת הדרכים לתקנו, אם וכאשר הוא מתקלקל. יום אחד, בעתיד הרחוק, אנו מקווים שעבודתו של רופא תהיה דומה לזו של מהנדסי חשמל היום: הם בוחנים את תוכנית הבנייה של בעל-החיים או האדם ה'מקולקל', ואז פשוט מתקנים אותו ומחזירים אותו לפעילות תקינה". בצוות המחקר של ד"ר אלון השתתפו תלמידי המחקר רון מילוא, שלו איצקוביץ, נדב קשטן, ושי שן-אור.
 
זיהוי עקרונות בנייה של רשת. עקרון בנייה מופיע ברשת (A) בתדירות גבוהה יותר בהשוואה לתדירות הופעתו במערכות אקראיות שונות (B)
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם