<div>
Science Feature Articles</div>

כתיבה יוצרת

עברית
 
מימין: תמר קדמון הרפז, פרופ' תמר פלש
 
השרירים הנדרשים כדי להניע את היד בכתיבה על דף נייר שונים מאלה המשמשים לכתיבת אותיות גדולות על לוח, ובכל זאת, צורת האותיות, על פיתוליהן הייחודיים לכל אדם, דומה בשני המקרים. כיצד מקודד המוח שלנו את התנועות המורכבות הנדרשות לצורך כתיבה? האם הוא מפעיל מערך אחד של הוראות – הן לכתיבה על נייר והן לכתיבה על לוח, או שמא מדובר במערכים שונים? שאלות אלה היו נתונות לוויכוח בקרב נוירוביולוגים זה זמן. כעת הצליח צוות של מתמטיקאים ונוירוביולוגים ממכון ויצמן למדע לתת להן תשובה. ממצאיהם התפרסמו בכתב-העת המדעי Neuron.
 
אחת מצוות המדענים היא תלמידת המחקר נעמה קדמון הרפז, שעבודתה משלבת את המתמטיקה עם הנוירוביולוגיה. את לימודי התואר השני שלה עשתה במחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, וכיום היא עושה את התואר השלישי במעבדתה של פרופ' תמר פלש, במחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית. עוד השתתף במחקר הנוירוביולוג ד"ר אילן דינשטיין, לשעבר חוקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ' רפי מלאך, וכיום חבר סגל באוניברסיטת בן גוריון בנגב.
 
לצורך המחקר ביקשו קדמון הרפז, ד"ר דינשטיין ופרופ' פלש ממתנדבים לכתוב שלוש אותיות – הן בכתב גדול והן בכתב קטן, על מסך מגע, כשהם אינם יכולים לראות את מה שכתבו. בזמן הכתיבה נסרק המוח שלהם באמצעות מכשיר MRI, במטרה לזהות את הפעילות המוחית העומדת בבסיס הפעולה הפיסית. בנוסף ניתחו אנשי הצוות את תנועות הכתיבה: הן את תכונותיהן הגיאומטריות ואת הימשכותן בזמן, והן את הקינמטיקה שלהן (כלומר, מהירות התנועה וכיווניה).
 
 
 
עם הצטברות התוצאות וניתוחן עלו ממצאים חד-משמעיים: אזורים מסוימים במוח מקודדים באופן דומה הן את הכתיבה של אותיות גדולות והן את זו של אותיות קטנות. במונחים מתמטיים אפשר לומר, כי תבנית הפעילות המוחית באזורים אלו "אינה תלויה בקנה-מידה"; כלומר, תבנית הפעילות המוחית דומה בכל קנה-מידה – גדול או קטן, מהיר או איטי. ממצא זה, "קוד אחיד לכולם", עולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים, אשר רמזו כי למרות השימוש בשרירים שונים, הבסיס הקינמטי של כתיבת אותיות קטנות וגדולות הוא זהה.
 
תוצאות סריקת ה-fMRI חשפו שני אזורים מוחיים המעורבים בקידוד זה. האחד הוא ה-anterior intraparietal sulcus, איזור באונה הקודקודית אשר מוכר כגורם מרכזי בפעולות הדורשות תיאום עין-יד ותכנון תנועה. האיזור השני הוא האיזור המוטורי הראשוני (M1), והוא נחשב למוציא לפועל של תנועת היד. בהיררכיה של המוח, ה-aIPS נחשב ל"גבוה" יותר מ-M1; כלומר, הוא מעבד מידע מופשט יותר. לכן ניתן אולי להעריך, כי איזור זה הוא שמקודד תנועות ללא תלות בגודלן. אולם המדענים הופתעו לגלות, כי גם האיזור ה"נמוך" יותר, M1, שנחשב תמיד למקור מיידי לפקודות עצביות הנשלחות לחוט השדרה וממנו לשרירים, ומעורב בהיבטים מכניים יותר של התנועה, אחראי גם הוא לקידוד תנועות שאינן תלויות בקנה-מידה.
 
המדענים סבורים, כי חוסר התלות בגודל התנועה או במשתנים דומים נועד להקל על בקרת התנועה, ולהגביר את יעילות העיבוד של המידע העצבי.
 
אומרת פרופ' פלש: "בכל הנוגע ליצירת תנועה, ההנחה היא כי המוח עובד 'מלמעלה למטה' - מייצוגים מופשטים לפעולות פיסיות. אולם אנחנו גילינו קידוד מופשט באזורים הנחשבים לנמוכים יחסית. אנחנו סבורים, כי האזורים המוטוריים במוח פועלים יותר כרשת, ופחות כהיררכיה נוקשה וברורה. בנוסף, נראה כי תבניות מופשטות משמשות לקידוד פעולות מוטוריות המתבצעות על העולם שמסביבנו".
 
ניסוי זה הוא אחד הראשונים בו נעשה שימוש בסריקת fMRI כדי לחקור בקרת תנועה בבני-אדם. מרבית המחקרים בהם נעשה שימוש ב-fMRI בוחנים את תגובת המוח לקלטים – כמו תמונות או סרטונים, ואילו מחקרים הבודקים פלט – כמו תנועה, נעשים בדרך כלל באמצעות אלקטרודות המודדות את פעילותם של תאי עצב רבים או בודדים בפרימטים, אך לא בבני-אדם. "באמצעות שימוש ב-fMRI לבחינת בקרת התנועה בבני-אדם", אומר ד"ר דינשטיין, "הצלחנו לראות אזורים רבים במוח בבת אחת. יכולנו גם לראות כיצד פועל כל אחד מהם ביחס לאחר".
 
פרופ' פלש סבורה, כי ממצאים אלה עשויים להיות רלבנטיים עבור מספר גדול של תחומי מחקר. לדוגמה, התובנה שעלתה מהם בנוגע לאופן פעילות המוח עשויה להיות יישומית בתחום הרובוטיקה והביו-רובוטיקה, כדי לשפר את יעילות התנועה, ולאפשר טווח רחב של תנועה מורכבת. בנוסף, היא עשויה לסייע בהבנת הפרעות תנועה שמקורן במוח, כמו מחלת פרקינסון ושיתוק בעקבות שטף דם מוחי. היא גם עשויה להוביל להבנה טובה יותר של ה"זיכרון המוטורי" בו אנו משתמשים מדי יום ביומו, באופן לא מודע. לשם כך יש לענות על שאלות נוספות, ובהן: באיזה שלב של למידת הכתיבה מתאפשרת כתיבה שאינה תלויה בקנה-מידה? וכיצד מתרחשת למידה מוטורית מסוג זה במוח?
 
פרופ' תמר פלש אוהבת מאוד ספרות ואמנות ונשואה לצייר שלום פלש.
 
 
מימין: תמר קדמון הרפז, פרופ' תמר פלש
מתמטיקה ומדעי המחשב
עברית

דמיון דו-כיווני

עברית
 
 
סרט וידיאו, מעניין ומורכב ככל שיהיה, מכיל הרבה יותר מסתם אוסף של תמונות. למעשה, אם מתרחקים מעט מהתמונות ומתבוננים בווידיאו ברצף המרחב והזמן, אפשר לגלות עולם שלם של מידע שאינו כלול בתמונות כפשוטן. פרופ' מיכל אירני, מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית, במכון ויצמן למדע, מפתחת שיטות מתקדמות לשליפתו ולעיבודו של המידע הזה. כדי לעשות זאת, היא מפתחת אלגוריתמים מתמטיים שמאפשרים לחוות מידע חזותי במרחב ובזמן, הרבה מעבר למגבלות הפיסיות של סנסורים ויזואליים שונים, לרבות העין האנושית.
 
אלגוריתם אחד כזה מסוגל להתאים (לסנכרן במרחב ובזמן) שני סרטי וידיאו שצולמו באותו זמן בשתי מצלמות נפרדות, שכיסו טווח שונה של תכונות: שדות ראייה שונים, או תדרים שונים, או מידות הגדלה שונות. הצלבת מידע שמגיע בתדרים שונים עשויה לאפשר ראיית יום ולילה (אינפרא אדום) בעת ובעונה אחת. עיבוד מידע שמקורו בשתי מצלמות המצלמות במידות הגדלה שונות עשוי לאפשר זיהוי של אנשים בודדים מסוימים בקהל עצום של חובבי ספורט הממלאים איצטדיון כדורגל. המשמעויות הביטחוניות של טכנולוגיה כזאת בולטות מיד לכל עין.
 
פרופ' אירני אומרת, שחלק מהמידע החזותי נעלם מעינינו מכיוון שהוא מוצפן ברזולוציית מרחב וזמן הגבוהה בהרבה מזו שהעין האנושית, או מצלמת הווידיאו, מסוגלות להבחין בה. האלגוריתמים שהיא ותלמידיה מפתחים נועדו לחשוף את המידע החסוי, כך שאפשר יהיה להבחין בפרטים קטנים או בהתרחשויות מהירות שהעין ומצלמת הווידיאו אינן מבחינות בהם.
 
טווח היישומים של הטכנולוגיה הזאת משתרע מרפואה מתקדמת, דרך מערכות ראייה רובוטיות, ועד לתעשיות הביטחוניות, מצד אחד, ותעשיית הקולנוע והבידור, מצד שני.
 

סודות הצמצום

שיטה אחרת שפיתחה פרופ' אירני עמדה במרכז הסכם שבמסגרתו העניקה חברת "ידע מחקר ופיתוח", הזרוע המסחרית של מכון ויצמן למדע, רישיון לחברת "אדובי מערכות בע"מ" (Adobe Systems). מדובר בשיטה לתימצות מידע חזותי המבוססת על מדד דמיון דו-כיווני, שפיתחו פרופ' מיכל אירני ותלמידי המחקר מקבוצתה (דאז) ד"ר דניס סימקוב, ד"ר ירון כספי וד"ר אלי שכטמן. טכניקה זו מאפשרת תימצות של מידע חזותי, תמונות וסרטי וידיאו כאחד.
 
פרופ' מיכל אירני
 
שלא כמו שיטות אחרות, אשר "גוזרות" את התמונה או מכווצות אותה, או – במקרה של סרט וידיאו – מפיקות קליפ קצר וחלקי, השיטה החדשה מייצרת תמצית חזותית בעלת שלמות וקוהרנטיות. זוהי למעשה גרסה מוקטנת או מקוצרת של המקור, אשר שומרת את המידע הרלבנטי ביותר.
 
תכונת הדו-כיווניות של השיטה מבטיחה שהתמונה שנוצרת היא קוהרנטית מבחינה חזותית, כלומר, הגיונית מבחינה חזותית, ונעימה למראה לא פחות מהמקור. בניגוד לגזירה או לחיתוך, בהם עלולים לאבד מידע חשוב, או להקטנה, בה הרזולוציה הולכת לאיבוד, בשיטת התימצות הדו-כיווני נשמרים גם המידע החשוב וגם פרטי הרזולוציה, על אף שינוי הגודל.
 
השיטה מבוססת על מחיקת יתירות ומידע חזרתי מהתמונה או מסרט הווידיאו. כך, לדוגמה, תמונה של רכב נוסע בכביש עירוני עדיין תכלול, לאחר התימצות, את הרכב במלואו, אבל תכלול רק חלק מהכביש ואחדים מהבתים. האלגוריתם שפיתחה פרופ' אירני יזהה את יתר הכביש, וגם את המקטעים שמכילים בתים, כיסודות חוזרים על עצמם. תימצות של סרטי וידיאו פועל באופן דומה, אלא שהתוכנה מזהה כפילויות במידע זמן-מרחב, תהליך הדרגתי של הקטנה ובקרה מבטיח, שהתוצאה הסופית תהיה קוהרנטית וללא "תפרים" נראים לעין.
 
בנוסף לתימצות תמונות וסרטי וידיאו, לשיטה החדשה עשויים להיות יישומים נוספים, ובהם השלמת קטעים חסרים בתמונות ובסרטי וידיאו; יצירת מונטאז'ים (שילובים) ממספר תמונות שונות; סידור מחדש של מידע בתמונות ובסרטים (למשל, שינוי מקומות של אובייקטים בתמונה); גזירה אוטומטית; סינתזת תמונות (כלומר הרחבה של תמונה, במקום תימצות שלה); ו"מורפינג" (הפקת רצף וידיאו באמצעות יצירת מעבר חלק בין שתי תמונות, גם אם אין קשר ביניהן).
 
פרופ' מיכל אירני אוהבת לפסל, בעיקר דמויות נשיות, כי לדבריה הן הכי מעניינות. כשמשהו מצליח לה במיוחד, היא גם יוצקת בברונזה.
 
פרופ' מיכל אירני
מתמטיקה ומדעי המחשב
עברית

מלך עכברוש

עברית
ברומן "מלך עכברוש" מתאר ג'יימס קלאוול כיצד צומח ומתפתח (שלא לומר מתנפח), במערכת סגורה של מחנה שבויים אמריקאיים ואנגליים ביפן, במלחמת העולם השנייה, "מלך". ה"מלך" היה עד נפילתו בשבי רב"ט פשוט, אבל בתנאי השבי מאפשרים לו כישוריו הפוליטיים והאחרים להשתלט על השבויים והשובים גם יחד. כיצד מצליח פרט יחיד להפוך למנהיג דומיננטי? כיצד משתנה הדינמיקה החברתית של קבוצה לאורך זמן? ניסוי ייחודי איפשר לד"ר טלי קמחי, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, לבחון שאלות אלו.
 
ד"ר טלי קמחי
ד"ר קמחי וחברי קבוצת המחקר שלה, אהרון וייסברוד, גנדי וסרמן ואלכס שפירו, בשיתוף פעולה עם ד"ר עופר פינרמן מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, פיתחו שיטה ייחודית לעיקוב אחר קבוצה של בעלי-חיים, אשר מאפשרת לחקור את התנהגותם בסביבה טבעית למחצה. הניסוי שבמסגרתו פותחה השיטה בוצע במערכת דמויית "בית האח הגדול", שהותאמה במיוחד לחייה של קהילת עכברים (מזנים שונים). העכברים ב"בית" ניהלו חיים עצמאיים ללא הפרעה או התערבות של בני-אדם. בכל עכבר הושתל שבב (בדומה לשבבים המוחדרים אל מתחת לעורן של חיות מחמד). ה"בית" כולו רושת במצלמות וידאו ובתאורת אינפרא-אדום, המאפשרת צילום בחושך מוחלט. השילוב של עיקוב הווידאו והמעקב האלקטרוני אחר השבבים סיפק מידע שוטף על מיקומו של כל עכבר, בדיוק של חצי סנטימטר, בקצב של 30 מדידות בשנייה, בשטח של כארבעה מטרים רבועים, ובמשך פרק זמן של ימים, שבועות, ואף מספר חודשים, ביום ובלילה.
 
 
הדיוק הרב של המערכת איפשר לזהות עשרות התנהגויות של פרטים בודדים, כגון אכילה, שתייה, ריצה, שינה, הסתתרות ועוד, וכן מאפיינים חברתיים בקבוצה, כגון: עם מי מעדיף כל פרט להיות בעת הפעילות ובשעות המנוחה, ממי הוא מעדיף להתרחק, את מי הוא תוקף, ועוד. כך אפשר לבודד ולזהות מאפייני התנהגות של פרט בודד, של זוגות, ושל הקבוצה כולה. כך התברר שהמערכת מסוגלת, באופן אוטומטי, לזהות ולחזות את הזן הגנטי ("נורמלי"/ "אוטיסטי"), את הזוויג (זכר/נקבה), ואת הדירוג החברתי (דומיננטי/נחות) של כל עכבר בדיוק העולה על 90%. תופעה נוספת שנצפתה היא זו: אחד הפרטים מבסס לעצמו דומיננטיות, ושולט כ"מלך" בקבוצה כולה (זכרים ונקבות).
 
בניסוי המשך אוכלסה המערכת בעכברים משני זנים, זן "חברתי", וזן שנחשב ל"אוטיסטי" (הפרטים בו נמנעים מפעילות חברתית, ומתאפיינים בכפייתיות ובקושי לשנות הרגלים). המערכת הצליחה, בתוך זמן קצר, לזהות באופן אוטומטי את ה"אוטיסטים" על-פי תבניות תנועתיות או מאפיינים חברתיים.
 
בניסוי, שהתפרסם בכתב-העת המדעי המקוון Nature Communications, עקבו המדענים אחר התפתחות של מנהיג דומיננטי ומידרג חברתי בקרב שאר חברי הקבוצה בקבוצה של עכברים רגילים בתוך כ-24 שעות. באופן מפתיע, בניסוי דומה שבוצע בעכברים האוטיסטים לא הופיע מנהיג, ואם הופיע, הוא הצליח להחזיק בשלטון זמן קצר בלבד, עד שהוחלף.
 
מערכת המעקב והאיפיון ההתנהגותי האוטומטי שפותחה תאפשר חקירה מעמיקה יותר של המנגנונים המבקרים התנהגות חברתית במיגוון מודלים של בעלי-חיים, כולל מודלים המשמשים לחקר מחלות נוירופסיכיאטריות אשר מראים הפרעות חברתיות, כגון אוטיזם וסכיזופרניה.
 
ד"ר טלי קמחי אוהבת לצאת לטיולי טבע בארץ ובעולם, ולהתבונן בבעלי-חיים בסביבתם הטבעית.
 
מימין‭: ‬אהרון‭ ‬וייסברוד‭, ‬ד‭"‬ר‭ ‬מולי‭ ‬דיין‭, ‬ד‭"‬ר‭ ‬אלכס‭ ‬שפירו‭ ‬וד‭"‬ר‭ ‬טלי‭ ‬קמחי‭. ‬התנהגות‭ ‬חברתית
מדעי החיים
עברית

סביבה תומכת

עברית
ד"ר לילך גלבוע
 
 
רפואת העתיד שואפת לתת מקום של כבוד לתאי הגזע: בעזרתם אפשר יהיה, אולי, לחדש תאים, איברים או רקמות פגועים. תאי גזע יוכלו, לדוגמה, לתקן שריר לב חולה או להחליף תאי המוח שנפגעו עקב שבץ מוחי או מחלת פרקינסון. אך כדי להפוך את החזון הזה למציאות נחוצה עוד עבודת מחקר רבה. כבר כיום ברור, כי לא די בהזרקת תאי הגזע לאיבר הפגוע; יש למצוא כיצד להחדיר אותם בדרך שתאפשר להם לשרוד ולתפקד כראוי, וכך להביא לריפוי.
 
תיפקוד תאי גזע תלוי בקיומה של סביבה תומכת, הקרויה "נישה", אשר צמודה לתא הגזע ומשמשת לו כבסיס. הנישה מגינה על תא הגזע, ומבקרת את התפתחותו ואת קצב החלוקה שלו. היא גם מפקחת על כך שיתמיין לסוג תא מסוים אך ורק בזמן המתאים. למעשה, מתפקדים הנישה ותא הגזע כיחידה אחת. במחקר, שהתפרסם בכתב-העת PLoS Biology, הראו מדעני מכון ויצמן למדע איך נוצרות יחידות אלה בזחלים של זבוב פירות. את המחקר ביצעו במעבדתה של ד"ר לילך גלבוע, מהמחלקה לבקרה ביולוגית, החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר דנה גנץ ותלמידת המחקר תמר לנגיל.
 
בעובר המתפתח יש לתאם את היווצרותם של תאי הגזע ושל הנישות, כך שלכל תא תהיה נישה משלו. אך איך נעשה התיאום? המדעניות חקרו שחלות של זחלי זבוב פירות, וגילו דרך חכמה בה שומר הטבע על האיזון ביצירת היחידות: ההיווצרות של תאי הגזע וגם של הנישות נשלטת על-ידי אות ביוכימי יחיד. המדעניות הראו גם, שהאות עובר במסלול הורמונלי הדומה לזה השולט בביוץ אצל נשים: הוא יוצא מהמוח אל בלוטה המפרישה הורמונים, ומשם מגיע לשחלות.
 
השימוש באות הורמונלי יחיד עוזר להבטיח, שכל התהליך יתוזמן בדייקנות מפליאה. בשחלה של זחל זבוב הפירות ישנן שתי קבוצות של תאים עובריים; האחת מיועדת להתפתח לנישות, והשנייה – לתאי גזע של רבייה, אשר בנקבה הבוגרת יספקו מאגר שוטף של ביצים. שתי קבוצות אלה של תאים עובריים ממשיכות להתרבות, עד להגעתו של אות הורמונלי המעודד את בניית הנישות בשחלות. בשלב הבא מגיע לשחלה גל נוסף של ההורמון, אך הפעם הוא גורם לתאים הקבוצה השנייה להפוך לתאי הגזע של השחלות. במילים אחרות, אותו אות מייצר קודם את ה"בית" לתא הגזע, ולאחר מכן את התא "המתגורר בו".
 
למעשה, יצירת הנישות לפני יצירת תאי הגזע היא חיונית ביותר. הנישות מתחזקות את תאי הגזע, וכך מסוגלת נקבת הזבוב הבוגרת, שבשחלותיה מצויות כעשרים יחידות תאי גזע, לייצר עשרות ביצים מדי יום, במשך למעלה מחודש.
 
ממצאים אלה מספקים תובנות חשובות בנוגע ליחס בין תאי הגזע לבין הנישות שלהם. הבנה טובה יותר של האותות המולקולריים השולטים בהיווצרותם של יחידות תאי גזע עשויה לקדם שימוש עתידי בתאי גזע לחידוש איברי גוף פגועים.
 
 
בשארית זמנה, ד"ר לילך גלבוע אוהבת לקרוא – איך לא – מדע בדיוני.
 
 
ד"ר לילך גלבוע
מדעי החיים
עברית

מסלול כפול

עברית
 
 
בזמן מחקרה הבתר-דוקטוריאלי של ד"ר איילת ארז, ב"ביילור קולג'" לרפואה, הגיע לבית-החולים ילד במצב קשה עקב לחץ דם גבוה, שלא הגיב לטיפול תרופתי. הילד סבל ממחלה גנטית הנגרמת מחסר באנזים האחראי לייצור חומצת האמינו ארגינין. אולם הקשר בין החסר באנזים, הקרוי ASL, לבין תסמיני המחלה נותר בגדר תעלומה, והרופאים היו חסרי אונים. מה שהתרחש בהמשך מהווה דוגמה טובה לכוח של הדו-שיח בין מדע לרפואה: ד"ר ארז, שעברה מסלול הכשרה כפול, הן כרופאת ילדים והן כמדענית בתחום הגנטיקה של הסרטן, הצליחה ליצור מודל של המחלה בעכברים. כך גילתה, כי האנזים ממלא תפקיד משמעותי נוסף, שלא היה ידוע עד אז: הוא מעורב בייצור חנקן חמצני (NO) – "שליח ביולוגי" הממלא תפקיד במיגוון תהליכים פיסיולוגיים, ביניהם הרחבת כלי הדם ופעילות מערכת העצבים. בהמשך הוכיחה, כי חסר באנזים זה מוביל לירידה בייצור החנקן החמצני בגוף, ובעקבות זאת נגרמים חלק מהתסמינים האופייניים למחלה ממנה סבל הילד. הדרך משולחן המעבדה למיטת החולה הייתה קצרה: החולה טופל באמצעות תוסף מזון פשוט המכיל NO, אשר הוריד מיידית את לחץ הדם שלו לערכים תקינים (שנשמרו מאז בטווח הנורמה – כבר מעל שלוש שנים). בטווח הארוך יותר חל גם שיפור ביכולותיו הקוגניטיביות. על מחקר זה קיבלה פרס מטעם בית-הספר לרפואה של הרווארד. "השילוב בין הקליניקה למחקר הוא שהביא להצלחה, ונתן לי אישית סיפוק גדול – כרופאה, כמדענית וכאם", היא אומרת.
 
ד"ר איילת ארז
שורשי מחקר החנקן החמצני מרחיקים עד שנת 1846, אז ייצר לראשונה הכימאי האיטלקי את חומר הנפץ ניטרוגליצרין. כעבור 100 שנים גילו פריד מוראד, לואיס איגנארו ורוברט פורצ'גוט, כי ניתן לפרק את הניטרוגליצרין למולקולות NO, וכי חומר זה מרחיב את כלי הדם בגוף, וזכו על תגליתם בפרס נובל לרפואה לשנת 1998. מאז מצטברות העדויות ביחס לתפקיד החשוב שממלאת המולקולה בכלי הדם ובמערכת העצבים, אולם מנגנוני הפעילות שלה ואופני הבקרה עליה אינם ידועים. המחקר בתחום זה נתקל בקשיים, בין היתר, משום שבגוף קיימים שלושה אנזימים המייצרים חנקן חמצני. ניסיונות להשפיע על רמת ה-NO באמצעות מניפולציות גנטיות בשלושה אנזימים אלה, במטרה ליצור מודלים של מחלות, לא היו חד-משמעיים.
 
ד"ר ארז מתמודדת עם הקשיים האלה באמצעות התמקדות בשלב מוקדם יותר במסלול המטבולי של החנקן החמצני בגוף, שלב עליו אחראי האנזים ASL, אותו חקרה ב"ביילור קולג'". ASL מייצר את חומצת האמינו ארגינין – חומר הגלם בו משתמשים שלושת האנזימים המייצרים ממנו NO. בנוסף, כפי שגילתה ד"ר ארז, ASL הוא מרכיב הכרחי בצבר החלבונים שאחראי לייצור ה-NO. תכונות אלה הופכות אותו לגורם בקרה עליון, השולט ברמות ה-NO בגוף.
 
 
 
במעבדתה במחלקה לבקרה ביולוגית במכון בודקת ד"ר ארז את המרכיב המטבולי במחלות שונות באופן כללי, ובאופן ספציפי בחקר האנזים ASL ובגלגולים המטבוליים של ארגינין וחנקן חמצני. מחקרה מתמקד במחלות של מערכת העצבים, חוסר תיפקוד של הכליות ובסרטן, על-מנת לנסות לתרום לפיתוח דרכים חדשות לטיפול במחלות אלה.
 
במקביל לעבודתה במכון ויצמן למדע תחל ד"ר ארז לעבוד חצי יום בשבוע כגנטיקאית ילדים בבית-חולים, שם תטפל במשפחות עם ילדים החולים בסרטן שמקורו גנטי. עבודתה שם מתקשרת לסוג נוסף של שינויים מטבוליים שהיא מתכננת לחקור – אלה שמתחוללים בתא הבריא בזמן שהוא הופך לתא סרטני. היא מקווה ששתי הגישות – הקלינית והמחקרית – יחזקו זו את זו, כך שגם הרפואה וגם המדע ייצאו נשכרים. בהמשך ישיר לתפיסה זו החלה, ביחד עם ד"ר ערן אלינב, בקיום מפגשי רופאים-חוקרים במכון. "נקודת המוצא שלי כרופאה-חוקרת היא האדם, ולכן חשובה לי רלבנטיות השאלה המחקרית לחולים; בסופו של דבר, המדע מעוניין, מעבר לסיפוק הסקרנות, לעזור לרפא מחלות". כחלק מעידוד הקשר בין הרופאים והחוקרים ריכזה ד"ר ארז, ביחד עם ד"ר גד אשר, את אולפנת עמוס דה-שליט למדעי החיים ולרפואה, במטרה שהדו-שיח יחל כבר בשלב הסטודנטיאלי.
 
ד"ר איילת ארז גאה מאוד בבנותיה, שמנגנות, רוכבות על סוסים ומשתתפות בתחרויות ספורט רבות. ביחד, הן אוהבות לטייל. "הייתי בהיריון כשהתמחיתי ברפואת ילדים, וגם כשהייתי דוקטורנטית".
 
 
ד"ר איילת ארז
מדעי החיים
עברית

אלקטרונים תחת השפעה

עברית
 
 
"בעצם לא ידעתי שאני רוצה לעסוק בפיסיקה – עד שהתחלתי ללמוד את התחום", אומרת ד"ר קרן מיכאלי, מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע. התובנה הזו התרחשה בזמן לימודיה לתארים ראשון ושני בפיסיקה ובמדעי המחשב באוניברסיטת תל-אביב. "אני מניחה שיש דרכים קלות יותר להתפרנס, אבל אף אחת מהן לא כיפית כל כך", היא אומרת.
 
ד"ר מיכאלי סיימה את לימודי הדוקטורט בקבוצתו של פרופ' אלכסנדר פינקלשטיין במכון ויצמן למדע. אז הוענקה לה "מלגת פפלרדו" למחקר בתר-דוקטוריאלי, אותו עשתה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) – אשר איפשר לה לנהל מחקר עצמאי בשיתוף מספר פיסיקאים מהבולטים בתחום זה. בנוסף הוענקה לה מלגה מטעם התוכנית הלאומית לקידום נשים במדע שמעניק מכון ויצמן למדע, במטרה לסייע למדעניות צעירות לצאת לחו"ל למחקר בתר-דוקטוריאלי.
 
ד"ר קרן מיכאלי
כפיסיקאית תיאורטית מתמקדת ד"ר מיכאלי בהבנת המיגוון העשיר של התכונות החשמליות המאפיינות חומר מוצק. במרבית המוליכים-למחצה והמתכות, אלקטרונים בודדים "אינם חשים" בקיומם של אלקטרונים אחרים, אך כאשר האלקטרונים מצליחים לחוש בנוכחות אלקטרונים אחרים, מתרחשות תופעות מרתקות. ד"ר מיכאלי מתעניינת בחומרים שבעזרתם מובילים הכוחות החשמליים הפועלים בין האלקטרונים ל"התנהגות קבוצתית" מורכבת. תופעה כזו עשויה להפוך את החומר למגנט, למוליך-על, ואף לחומרים מסוגים ייחודיים ונדירים יותר. הנתיב לגילוי תכונותיהם משלב פיסיקה תיאורטית וניסיונית; והאפשרות לבחון תובנות בסיסיות במעבדה, ואף להפיק מהן יישומים טכנולוגיים מועילים, מלהיבה במיוחד את ד"ר מיכאלי. "הבנת המיגוון המרתק של תופעות פיסיקליות תוכל בעתיד לקדם את התחום לכיוון אחת המטרות האולטימטיביות של מדעי החומר – ייצור חומרים לפי דרישה", היא אומרת.
 
קבוצה של חומרים המעוררת את סקרנותה נושאת בחובה הבטחה לפיתוח סוגים חדשים של אלקטרוניקה: מבנים רב-שכבתיים של מבודדים רוויים בחמצן. בדומה למוליכים-למחצה, במערכות כאלה ניתן לשלוט במדויק במעבדה, אולם יש להן תכונה חשובה נוספת: הכוחות הפועלים בין האלקטרונים שלהם חזקים ביותר. תוצאה מפתיעה של תכונה זו היא קיומן של שתי תופעות, אשר באופן רגיל סותרות זו את זו, בעת ובעונה אחת: מוליכות-על ומגנטיות. באחרונה הצליחה ד"ר מיכאלי לפתח מודל אשר פותר את התעלומה הזאת, אולם שאלות רבות אחרות עדיין מחכות למענה. "היכולת שלנו כיום להבין חומרים כאלה משתווה לרמה בה הבנו מוליכים-למחצה בשנות ה-70 של המאה ה-20", היא אומרת, "עם זאת, עבודה רבה עוד לפנינו".
 
 
 
נושא נוסף שמעסיק את ד"ר מיכאלי נוגע לכלי מחקר רב-עוצמה, המשמש לניתוח יחסי גומלין בין אלקטרונים. המחקר בתחום זה נעשה באמצעות בדיקה של הזרם החשמלי שנוצר כאשר גורמים להפרשי טמפרטורות בין שני קצותיו של חומר. "התצפית בהמרה של אנרגיית חום לחשמל", אומרת ד"ר מיכאלי, "מהווה מעין 'זכוכית מגדלת', המאפשרת למדענים להבין את יחסי הגומלין בין האלקטרונים, וכך, בסופו של דבר, לנסח את החוקים הפיסיקליים העומדים בבסיס התנהגותם". זאת, משום שהכוחות הפועלים בין אלקטרונים עשויים לפזר מחדש את האנרגיה, אפילו במצב בו האלקטרונים עצמם אינם יכולים לזוז.
 
בעבודה מוקדמת שלה פיתחה ד"ר מיכאלי שיטה לחיזוי יעיל של תוצאות ניסויים מסוג זה, שבמסגרתם מומרת אנרגיית חום לזרם חשמלי, בסוגים רבים של מערכות. השיטה שפיתחה מצליחה לזהות נטייה של המערכת לכיוון מוליכות-על גם כשהכוחות חלשים מכדי לחולל מצב כזה בפועל, ולא ניתן להבחין בהם בעזרת אמצעי מדידה אחרים. בעתיד היא מתכננת להמשיך לחקור את תפקיד העברת האנרגיה במערכות שונות של מבודדים, וכן לבחון את האפשרות להפיק מידע חיוני על התכונות של מערכות כאלה באמצעות סוגים נוספים של מדידות.
 
למרות שמחקריה נעשים בדרך כלל תוך כדי דיונים תיאורטיים מול הלוח או המחשב, ד"ר מיכאלי מפיקה הרבה משיחות אגביות עם פיסיקאים ניסיוניים. "לפעמים, גם שיחה קצרה מעניקה לי זווית חדשה לעבוד עליה, או שאלה חדשה שדורשת תשובה. במקרים אחרים אני זו שיכולה לתרום מבט נוסף על מערכת ניסיונית".
 
אחרי העבודה, ד"ר קרן מיכאלי יוצאת לרוץ כדי לנקות את הראש. בשארית זמנה היא נהנית לקרוא ספרי מדע פופולרי.
 
 
ד"ר קרן מיכאלי
חלל ופיסיקה
עברית

שפה חדשה

עברית
 
 
התקשורת בין מדענים מבוססת על מאמרים מדעיים המתפרסמים בכתבי-עת מקצועיים. מדובר בטקסט שכותבים מדענים, והוא מיועד לקהילה המדעית, במטרה לחלוק תגליות, ולאפשר הרחבה ובדיקה של ממצאים חדשים. כמו כל שפה, המאמרים המדעיים כתובים על-פי חוקים וכללים מוגדרים - מוכרים ומובנים היטב לכל חברי הקהילה המדעית, אך בלתי-קריאים בעליל עבור כל מי שמצוי מחוץ לה. אם תימצא דרך לפענח את השפה הזו, ניתן יהיה להציץ לתוך תוכו של התהליך המדעי - לצפות מקרוב בעבודתו של מדען, להבין כיצד הוא חושב, ולהיות עד לגילוי תגליות מדעיות. כשמדובר בתלמידים, זו הזדמנות ללמוד, באופן חי ומעניין, "איך עושים מדע". אולם, כיצד ניתן להתגבר על מחסום השפה?
 
לפני מספר שנים הכינו מדעני המחלקה להוראת מדעים תוכנית לימודים לתלמידי בתי-ספר תיכוניים, העוסקת בהתפתחות העובר - תחום רחב ומורכב, אשר דורש הבנה של שפה מדעית שלמה, מושגי מפתח ותהליכים סבוכים. לימוד התורה כולה במסגרת הזמן המוקצב בבית-הספר הוא משימה בלתי-אפשרית. אולם, אז העלה פרופ' בני גיגר, דיקן הפקולטה לביולוגיה במכון ויצמן למדע, אשר כיהן כדיקן מדרשת פיינברג של המכון, רעיון אחר - להסביר לתלמידים כיצד עובד וחושב ביולוג התפתחותי, באמצעות שימוש במאמרים מדעיים. פרופ' ענת ירדן, שהיא בעלת רקע בתחום ההתפתחות העוברית, וקבוצת המחקר שלה במחלקה להוראת המדעים, אימצו את רעיון השימוש במאמרים מדעיים כאמצעי הוראה, ופיתחו תהליך ייחודי לעיבוד מאמרי מחקר לשימוש בבתי הספר.
 
בעקבות היוזמה הזאת - הראשונה מסוגה בעולם - נוצר ספר הלימוד "סוד ההתפתחות העוברית: קובץ מחקרים", הכולל שלושה מאמרים פורצי דרך, שנבחרו בהתייעצות עם חוקרים מובילים בתחום הביולוגיה ההתפתחותית. מלבד התרגום ל"שפת בני-אדם", נעשו מאמצים נוספים כדי לשפר את ה"נגישות" של המאמרים: היתוספו להם חומר רקע, הסברים, תרשימים ופירושים. כל זאת, תוך שמירה קפדנית על אופיו של המאמר המדעי: הן מבחינת המבנה (אשר כולל תקציר, מבוא, שיטות וחומרים, תוצאות ודיון), והן מבחינת הסגנון (סוגה) והניסוח המאפיינים ספרות מדעית מקצועית.תהליך זה יצר סוגה חדשה של כתיבה מדעית, שכונה על-ידי פרופ' ירדן וקבוצתה  Adapted-Primary-Literature) APL). בעקבות הספר הראשון יצרה קבוצתה של פרופ' ירדן ספר לימוד נוסף - "מאלפי הגנים: קובץ מחקרים בביוטכנולוגיה" - המאגד מאמרים מדעיים מעובדים בתחום הביוטכנולוגיה. כיום משמשים הספרים להוראת יחידת הבחירה של נושא מחקרי בבחינת הבגרות בביולוגיה, והפרויקט הייחודי מעורר התעניינות ויוזמות דומות ברחבי העולם.
 
במחקרים שנעשו בקבוצתה של פרופ' ירדן התגלה, כי הוראה המבוססת על מאמרים מדעיים מעובדים משפרת את רמת החשיבה של התלמידים. השוואת הלימוד באמצעות מאמר מדעי מעובד לשימוש בכתבה עיתונאית פופולרית הראתה, כי התלמידים אמנם מבינים טוב יותר את הטקסט הפופולרי, אולם השימוש במאמרים המדעיים מסייע להם לפתח מיומנויות חקר וחשיבה גבוהה. כלומר, התלמידים לומדים להעלות שאלות רלבנטיות ומתוחכמות יותר, להציג ביקורת, להבין הקשרים בין סיבה לתוצאה, וכדומה.
 
מחקר שביצעה תלמידת המחקר הדה פלק, בהנחייתה של פרופ' ירדן, שתוצאותיו פורסמו במהדורה המקוונת של כתב-העת המדעי International Journal of Science Education, כלל בדיקה ראשונה מסוגה של השימוש בתוכנית בכיתה שלמה. מחקר זה התמקד באופן שבו המורים מתמודדים עם הוראת הטקסטים המעובדים.
 
במהלך המחקר נבדקו ארבע כיתות בבתי ספר שונים, והממצאים מבוססים הן על שיחות עם מורים ותלמידים, והן על תצפיות שנעשו בכיתות. "זה כל כך מעורר השראה, וממחיש את העומק של החשיבה, ואת צורת החשיבה הביולוגית", אומרת אחת המורות. "החומר לא היה כל-כך קשה, ולמעשה היה ממש מלהיב". תלמידים שהשתתפו בניסוי אמרו: "זה היה יותר מרגש, כי זה מה שהמדענים באמת עושים".
 

 

פרופ' ענת ירדן
מלבד הגברת העניין והמוטיבציה - הן של התלמידים והן של המורים - השימוש במאמרים מעודד אינטגרציה של ידע, מקדם חשיבה, ועוזר לתלמידים לתפוס את טיבו של המדע. מבנה המאמר המדעי, הכולל חזרות רבות, מסייע בהבנת התכנים. במחקר נמצאו גם חסרונות: המבנה של המאמר, הבנוי כשרשרת לוגית של ממצאים, המעלים שאלות חדשות, אשר מובילות לניסויים, וחוזר חלילה, עשוי לתת מושג מוטעה על אופיו של המחקר המדעי - שהוא אקראי יותר על פי רוב, ומבוסס על ניסוי וטעייה. דוגמה נוספת היא הקושי של התלמידים להבין כיצד נגיפים, המוכרים להם כמחוללי מחלות, או נוגדנים המוכרים להם כמונעים מחלות, יכולים לשמש כמכשירים בניסויי הנדסה גנטית. קשיים נוספים נגעו לסגנון הספקני והביקורתי של הדיון, להבנת שיטות מחקר מולקולריות, וליישום הידע. בעתיד מתכננת פרופ' ירדן לנסות למצוא דרכים להתגבר על הקשיים ועל החסרונות - אם באמצעות פיתוח שיטות הוראה מתאימות ללימוד המאמרים, ואם בדרך של יצירת עזרי לימוד משלימים, ושינויים בספרי הלימוד עצמם.
 
פרופ' ירדן מצביעה על יתרון נוסף של השימוש במאמרים: האפשרות לגוון את תוכניות הלימודים, ולהביא ביולוגיה עדכנית לבתי-הספר. "הייתי רוצה למצוא דרכים להרחיב את השימוש במאמרים בלימודי הביולוגיה, למשל באמצעות מאמרים קצרים יותר, כך שבכל נושא חובה לבגרות יהיה חלק דינמי המבוסס על מאמרים מדעיים עדכניים". רעיון נוסף, שקרם עור וגידים במסגרת "תוכנית קיסריה" למורים מצטיינים, הוא הקמה של מועדון קריאה למורים. מטרת המועדון היא לעודד מורים למדעים לקרוא מאמרים מדעיים, לעבד אותם, ולהשתמש בהם בכיתות. כך היא מקווה להרחיב את השימוש במאמרים בתחומים נוספים - כמו כימיה ופיסיקה.
 
פרופ' ענת ירדן אוהבת לטייל באזורים מדבריים, ובמיוחד באיזור ים המלח ובמדבר יהודה.
 
 
פרופ' ענת ירדן
עברית

תרכיב חיסון

עברית
 
פרופ' אירית שגיא
מדעני מכון ויצמן למדע פיתחו שיטה המאפשרת להתגבר על מחלות אוטו-אימוניות. במחלות האלה, ובהן טרשת נפוצה, מחלת קרוהן ודלקת פרקים שגרונית, המערכת החיסונית תוקפת בטעות את רקמות הגוף, וגורמת להן נזק. מדעני המכון הצליחו לגייס גורמים מסוימים במערכת החיסונית של עכברים, ולגרום להם לתקוף את אחד ממחוללי התהליכים האוטו-אימוניים. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב-העת המדעי Nature Medicine.
 
משפחת האנזימים MMP ממלאת תפקיד חיוני בתהליכים ביולוגיים חיוניים שונים, כגון ניידות והתרבות תאים וריפוי פצעים. אבל, כאשר בני משפחה מסוימים, ובעיקר MMP9, יוצאים משליטה, הם עלולים לסייע להתפרצות מחלות אוטו-אימוניות וליצירת גרורות סרטניות. פרופ' אירית שגיא, מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, וחברי קבוצת המחקר שלה, חיפשו בשנים האחרונות דרכים לחסום באופן בררני את האנזימים האלה, בתקווה שבכך תיפתח הדרך לפיתוח טיפולים יעילים למחלות אוטו-אימוניות.
 
בעבר ניסו מדענים לחסום את חלבוני ה-MMP באמצעות תרופות המבוססות על מולקולות סינתטיות קטנות, שתוקפות ישירות את האנזימים. אך התברר, כי התרופות האלה אינן יעילות, ולעיתים אף גורמות השפעות לוואי לא רצויות. לעומת זאת, כמו במקרים רבים אחרים, הטבע כבר מצא דרך יעילה לבקרת הפעילות של חלבוני MMP. תפקיד זה מוטל על חלבונים מעכבים, הקרויים TIMP, אשר פועלים בהתאמה מבנית מדויקת: הם שולחים "זרוע" החודרת במדויק לבקיע באנזים ה-MMP בו מצוי האתר הפעיל שלו, וסוגרת אותו כמו פקק. "לרוע המזל", אומרת פרופ' שגיא, "קשה מאוד לחקות את הדיוק הזה באמצעים מלאכותיים".
 
 
 
ד"ר נטע סלע-פסוול, מקבוצתה של פרופ' שגיא, וחברים נוספים בקבוצה, חיפשו דרך לבלום את האנזימים באופן עקיף. כך עלה הרעיון לנסות לגרום למערכת החיסונית ליצור נוגדנים כנגד האנזימים מחוללי המחלה. מדובר, למעשה, במעין חיסון נגד צבר האבץ המצוי באתר הפעיל של ה-MMP9: כמו בחיסונים נגד מחלות נגיפיות, בהם מחדירים לגוף חלקי נגיפים או נגיפים מומתים, הגורמים למערכת החיסונית ליצור נוגדנים – שיוכלו לאחר מכן לבלום נגיפים, כך גם, שיערו המדענים, אפשר לחסן את הגוף נגד האתר הפעיל של אנזים ה-MMP, ולגרום למערכת החיסונית ליצור נוגדנים שיבלמו את פעילותו.
 
יחד עם פרופ' אברהם שנצר, מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, יצרו פרופ' שגיא וחברי קבוצתה את "תרכיב החיסון": גרסה מלאכותית של צבר האבץ. לאחר מכן הזריקו את החומר לעכברים, ובדקו אם מתחוללת פעילות חיסונית נגד MMP. התברר, כי בדם העכברים אכן נמצאו נוגדנים חדשים. ניתוח מפורט של מבנה הנוגדנים החדשים גילה, כי שיטת פעולתם דומה לשיטה שמפעילים המעכבים הטבעיים (חלבוני TIMP): הם שולחים זרוע לתוך הבקיע באנזים, וחוסמים את האתר הפעיל באמצעות קשירת צבר האבץ. נוגדנים אלה הראו בררנות: הם פגעו רק ב-MMP9 ובבן משפחה נוסף.
 
בתחילה הצליחו המדענים לבלום בדרך זו את האנזים גורם המחלה (MMP9) בגוף העכבר, אבל בהמשך עלה בידם לבלום גם את גרסת האנזים הפועל בגוף האדם.
 
בניסוי המשך גרמו המדענים תסמונת דלקתית בעכברים, המדמה את מחלת קרוהן. כפי שקיוו, הצליח הטיפול באמצעות נוגדנים למנוע את הופעת
תסמיני המחלה.
 
"שיטה זו עשויה להוביל לפיתוח טיפולים חדשניים במחלות רבות אשר נגרמות על-ידי חלבונים דומים", אומרת פרופ' שגיא. חברת "ידע מחקר ופיתוח", המקדמת יישומים מסחריים על בסיס המצאות של מדעני מכון ויצמן למדע, הגישה בקשה לרישום פטנט על תרכיב החיסון הסינתטי, וכן על הנוגדנים הנוצרים בעקבות החדרתו לגוף.
 
במחקר השתתפו גם: ד"ר אורלי דים, ד"ר חיים רוזנברג, רענן מרגלית, ד"ר רינה ארד-ילין, וד"ר ציפי שוהם מהמחלקות לביולוגיה מבנית ולבקרה ביולוגית, רגאוונדה קיקארי מהמחלקה לכימיה אורגנית, ד"ר מירי אייזנשטיין מהמחלקה לתשתיות מחקר כימי, ד"ר אורי ברנר מהמחלקה למשאבים ווטרינריים, וד"ר תמר דנון מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא.
 
פרופ' אירית שגיא רצה למרחקים ארוכים מספר פעמים בשבוע.
 
 
פרופ' אירית שגיא
מדעי החיים
עברית

ממוחזרים

עברית
 
 
כל מי שראה אי-פעם כיצד מכינים נייר או בקבוקי פלסטיק למיחזור, מכיר את המכונות הכבדות הרומסות את החומרים האלה ללא הבחנה. לעומת זאת, המכונות המולקולריות המכינות את החלבונים למיחזור בתאים חיים הן עדינות ומתוחכמות, וכפי שמתברר ממחקר חדש אשר נעשה במכון ויצמן למדע – גם רבגוניות הרבה יותר משמקובל היה לחשוב.
 
צוות של מדעני המכון, בראשותה של ד"ר מיכל שרון, גילה שינויים דינמיים המתרחשים במכונות אלה כאשר הן מסמנות חלבונים למיחזור. הבנה דקדקנית של תהליך המיחזור היא חיונית, מפני ששגיאות במנגנון זה תורמות להיווצרות מחלות נפוצות רבות. למעשה, חיוניותו של ציוד המיחזור לחיי התא הובילה בשנת 2004 להענקת פרס נובל לכימיה למדענים שפיענחו את תפקידו של היוביקוויטין, סמן מולקולרי קטן הנצמד לחלבונים המיועדים להרס שמבצעות מכונות המיחזור.
 
חלבונים בלויים או פגומים, או כאלה שאין בהם יותר צורך, מפורקים ומורכבים מחדש באופן תמידי כמעט בכל תאי גופנו. עם המכונות המבקרות את התהליך הזה נמנה צבר מולקולרי גדול, הסיגנלוזום, אשר מורכב משמונה חלבונים. הוא משחרר את הפקודה המובילה בסופו של דבר לסימון החלבון על-ידי יוביקוויטין.
 
עד עכשיו חשבו מדענים כי המבנה של הסיגנלוזום קבוע למדי, אך המחקר של מדעני המכון הראה כי למעשה, הצבר הגדול הזה דינמי ביותר: כל אחת משמונה תת-היחידות שלו יכולה לקבל צורות שונות. יתר על כן, היחידות יכולות להתארגן בשילובים שונים. בנוסף, הצבר כולו יכול לנדוד בהתאם לצורך לחלקים שונים של התא.
 
מדעני המכון עבדו עם תאים אנושיים, והשתמשו במספר טכנולוגיות, כולל ספקטרוסקופיית מאסות מתקדמת, במטרה לברר כיצד פועל הסיגנלוזום בעת משבר – כאשר הדי-אן-אי של התא ניזוק מקרינה אולטרה-סגולה. המדענים גילו, כי בסיגנלוזום מתחוללים מספר שינויים. ראשית, הוא נע מהציטופלסמה לגרעין התא, בו נגרם הנזק; ככל שהנזק גדול יותר, כך גדול מספר הסיגנלוזומים העוברים לגרעין. יתר על כן, בגרעין התא לובשות תת-היחידות של הסיגנלוזום צורה שונה מזו של אלה שנשארו בציטופלסמה. ממצאים אלה מלמדים, כי הסיגנלוזום מתאים את עצמו לצרכים המשתנים של התא.
 
ד"ר מיכל שרון
 
את המחקר, אשר התפרסם בכתב- העת המדעי Molecular and Cellular Biology, ביצעה ד"ר שרון עם ד"ר מריה פיוזסי-לוי וד"ר גילי בן-ניסן במחלקה לכימיה ביולוגית, ביחד עם ד"ר אליזבטה ביאנקי ממכון פסטר בצרפת, ד"ר הוגיאנג ז'ו, ד"ר מיכאל דירי ופרופ' קטרין ליליי מאוניברסיטת קיימברידג', וד"ר ישי לוין ממרכז המחקר הלאומי לרפואה מותאמת אישית על-שם ננסי וסטיבן גראנד במכון ויצמן למדע.
 
המחקר עשוי לשפוך אור חדש על המנגנונים המעורבים בתיקונים אשר מתבצעים בתא בעקבות נזק לדי-אן-אי. טעויות בתיקון הנזקים עלולות להוביל להיווצרות סרטן.
 
ברמה בסיסית יותר, המחקר עשוי להעמיק את ההבנה לגבי התיפקוד המולקולרי של יצורים חיים בכלל, ושל בני אדם בפרט. ממצאיו רומזים, כי ייתכן שלא רק הסיגנלוזום, אלא גם מכונות גדולות אחרות בתא, הן דינמיות ורבגוניות הרבה יותר משמקובל לחשוב.
 
 
ד"ר מיכל שרון לומדת ציור פעם בשבוע.
 
 
ד"ר מיכל שרון
כימיה
עברית

קשרים וקישורים

עברית
 
פרופ' דבורה פאס
בתחילת דרכה כמדענית צעירה במכון ויצמן למדע התמקדה פרופ' דבורה פאס באנזימים הפועלים בתוך התאים החיים ויוצרים בהם קישורים בין חלבונים, או בין חלקים שונים של חלבון מסוים. קישורים אלה ממלאים תפקיד מפתח בחיזוק קיפולי החלבונים, החיוניים לתיפקודם התקין של החלבונים בתא. מחקר זה הוביל את פרופ' פאס להתעניין באנזים הקרוי QSOX, אשר מופרש אל מחוץ לתא, שם הוא יוצר קישורים צולבים בין חלבונים חיצוניים שמהם מורכבת התבנית הבין-תאית. תבנית זו, המשמשת תשתית תומכת לרקמות התאים שבגוף, מורכבת ממאות חלבונים שונים, אשר מאורגנים במעין רשת של סיבים סבוכים. במחקר שביקש להבין את תפקידו של QSOX בתבנית הבין-תאית השתמשו חברי קבוצת המחקר של פרופ' פאס במיגוון שיטות מתחומים שונים של כימיה ומדעי החיים.
מדובר במשימת מחקר שאפתנית. התבנית הבין-תאית אינה תשתית "אדישה", אשר מעניקה תמיכה פיסיקלית לרקמות; למעשה, היא מעורבת ב"החלטות" שהתאים מקבלים בפעילויותיהם השונות. זוהי רשת מורכבת, שמווסתת באופן פעיל את תנועות התאים ואת מנגנוני ההישרדות שלהם: התאים שיוצרים את התבנית משתמשים בה, בהמשך, כבסיס לתנועתם ממקום למקום ברקמה. כדי ליצור את התבנית, התאים מפרישים חלבונים מסוימים, אשר מחוברים ביניהם לצורך יצירת הרשת באמצעות האנזים QSOX ואנזימים נוספים.
 
 
פרופ' דבורה פאס רוקדת בלט פעמיים בשבוע. לדבריה, היא אמנם לא טובה במיוחד, אבל היא מפצה על כך בהרבה התלהבות.בדומה לתאים רגילים, גם תאים סרטניים יכולים לנוע על התבנית – בדרך לייסוד גרורות סרטניות. באחרונה התגלה, כי תאים סרטניים מסוימים מפרישים כמויות גדולות יחסית של האנזים QSOX. פרופ' פאס שיערה, כי מטרת ההפרשה המוגברת הזאת היא לזרז את יצירת התבנית הבין-תאית,
ולאפשר לתאים הסרטניים לצאת ל"נדודים". כדי למנוע את התהליך הלא-רצוי הזה פיתחו חברי קבוצת המחקר של פרופ' פאס חומרים אשר מעכבים ובולמים את פעילותו של QSOX.
 
במחקר שנועד לבחון את החומרים המעכבים החדשים פיתחה פרופ' פאס מודלים תאיים – המחקים את התאים הסרטניים ואת התבנית הבין-תאית. בדרך זו מקווים המדענים למצוא דרכים יעילות ובטוחות לבלימת האנזים, דבר שיאפשר אולי, בעתיד, לבלום את התפשטותן של גרורות סרטניות.
 
 
פרופ' דבורה פאס רוקדת בלט פעמיים בשבוע. לדבריה, היא אמנם לא טובה במיוחד, אבל היא מפצה על כך בהרבה התלהבות.
כימיה
עברית

עמודים