כן, לפרק את הסוכר

01.06.1999
כל אמא יהודיה משננת לבניה ולבנותיה ש"מזון - לא זורקים". אבל האמת היא שאנחנו בכל זאת זורקים מזון. הרבה מאוד מזון. או, ליתר דיוק, חומרים שהיו יכולים לשמש מזון, אך לרוע המזל איננו מסוגלים לנצלם כראוי. למשל, פסולת נייר המורכבת ברובה מתאית (צלולוז) שהוא רב-סוכר שגוף האדם אינו מסוגל לעכל. התאית בנויה כמעין מחרוזת ארוכה של מולקולות חד-סוכריות (גלוקוז) שאותן אנו מסוגלים בהחלט לעכל ולנצל. הבעיה היא שגוף האדם אינו יודע לפרק את מחרוזת התאית למרכיביה. התוצאה היא ויתור על כמויות גדולות מאוד של חומרים עתירי אנרגיה, שלא לדבר על הנזקים הסביבתיים הנגרמים כתוצאה מהשלכת כמויות גדולות של פסולת נייר.
 
בכל מה שקשור ליכולת עיכול תאית, נראה שבהמות מעלות גירה נהנות מיתרון על פני בני-האדם. עובדה: בעלי-חיים אלה (פרות, כבשים, ועוד), מפרקים את התאית ומנצלים אותה בסיועם של חיידקים המתקיימים במערכת העיכול שלהם. חיידקים אלה מצוידים באברונים חוץ-תאיים הקרויים "צלולוזומים", המפרקים את התאית למולקולות של דו-סוכר שאותן מסוגלות הבהמות לנצל לצורך הפקת אנרגיה. עד לאחרונה הכיר המדע לא יותר משלושה סוגי חיידקים המצויידים בצלולוזומים, אך באחרונה גדל המספר הזה עד ליותר מתריסר מיקרו-אורגניזמים ובהם אפילו פטרייה אחת.
 
ד"ר אדוארד באייר מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, שעבד יחד עם פרופ' רפאל למד מאוניברסיטת תל-אביב, חשפו את תכונותיו המבניות של הצלולוזום" והראו כיצד אפשר להפעילו ולנצלו בתנאי מעבדה. הם גילו כי הצלולוזום מורכב כמעין "פיגום חלבוני" הקרוי סקפולדין, שאליו קשורים מספר אנזימים. בהמשך הראו כי באמצעות הנדסה גנטית אפשר לבנות צלולוזומים מלאכותיים ולהכתיב את תכונותיהם מראש, כך שיוכלו לשמש כלים מתקדמים לתעשייה ביו-טכנולוגית מסוג חדש.
 
מחקרים אלה עשויים להוביל לפיתוח דרכים חדשות להפקת מזון מהצומח ולמניעת נזקים הנגרמים לסביבה כתוצאה מהשלכת פסולת נייר. צלולוזומים "מהונדסים" עשויים לשמש ליישומים נוספים כגון תכנון מולקולרי של קוטלי חרקים חדשניים, מערכות לשיחרור מבוקר של תרופות, בדיקות לאיבחון נוכחות של חומרים שונים, שליטה בתגובות פטרוכימיות, ביצוע מבדקים גנטיים, ועוד.
 
עתידו של הצלולוזום ככלי מרכזי בביו-טכנולוגיה חדשה נראה כמעט מובטח, עד שהמדענים בחנו את יכולתו לפרק תאית למרכיביה (מולקולות בודדות של החד-סוכר גלוקוז). כאן הם נתקלו בקושי בלתי צפוי: הצלולוזום אומנם פירק את התאית, אך הוא לא סיים את המלאכה ו"הסתפק" בקטיעת השרשרת המולקולרית של התאית ליחידות של דו-סוכר (צלוביוז) הבנויות מצמד מולקולות גלוקוז. לרוע המזל התברר כי מולקולות הצלוביוז פועלות כמקלות בגלגליו של הצלולוזום, וכך הן בולמות את פעילותו. כדי להתגבר על הקושי הזה הוסיפו החוקרים למערכת אנזים נוסף הקרוי ביתא-גלוקוסיד. אנזים זה מפרק את הצלוביוז לשתי יחידות של גלוקוז, ובכך הוא מאפשר לצלולוזום להמשיך ולפעול.
 
יחד עם ד"ר פליקס פרולוב וד"ר לינדה שמעון, הצליחו החוקרים לפענח את המבנה המרחבי של שלד הצלולוזום, הלא הוא החלבון סקפולדין. לצורך זה יצרו מהחלבון גבישים והקרינו אותם בקרינת X ("רנטגן"). לאחר מכן ניתחו את הקרינה המפוזרת מהגביש והסיקו על המבנה המרחבי של מולקולת החלבון. מידע זה שימש בסיס למחקר נוסף, שבוצע בהשתתפותם של מדענים מאוניברסיטת ייל, ובו התגלה מבנהו של מרכיב הצלולוזום המכוון את האנזימים המפרקים לעבר מטרתם.
 
חברת "ידע", העוסקת ביישום מסחרי ותעשייתי של פירות מחקריהם של מדעני מכון ויצמן, כבר רשמה פטנט על השיטה החדשה. בינתיים, כמובן, הפעילות המדעית נמשכת במלוא הקצב. לא פחות משש מעבדות מרכזיות באירופה משתפות בימים אלה פעולה עם מעבדתו של ד"ר באייר במכון ויצמן במאמץ משותף לחשוף את כל סודותיו של הצלולוזום.
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם