מיליוני חולי סוכרת, שגופם אינו מייצר אינסולין, נאלצים להזריק לעצמם את החומר הזה מדי יום, במשך כל חייהם. רבים מהם נאלציםלהתמודד עם סיכון מוגבר להתפתחות סיבוכים כמ ועיוורון, נמק בגפיים, אי-ספיקת כליות ומחלות לב. בהרבה מקרים, השתלה של רקמות הלבלב, שבהן נוצר האינסולין, הייתה יכולה להקל עליהם, אבל למרבה הצער, יש מחסור באיברים להשתלה.

 

אחת האפשרויות להתגבר על המחסור הזה עשויה להיות השתלה של רקמות לבלב מעוברי חזיר (רקמות עובריות, עשויות, בתנאים מסוימים, לעורר תגובת דחייה פחות חזקהבגוף המקבל). רקמות חזיר אלה דומות מאוד לרקמות הלבלב באדם, אבל הניסיונות בתחום זה עדיי ןלא הגיעו לרמת הצלחה מספקת. מחקר חדש של פרופ' יאיר רייזנר, ראש המחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע, מקדם את האפשרות של השתלות לבלב מעוברי חזירים. ממצאי המחקר התפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי  Plos Medicine .  

 

פרופ' רייזנר וחברי קבוצת המחקר שלו מצאו בעבר, כי לכל איבר עוברי יש"חלון זמן" משלו שבו הסיכו ילהשתילו בהצלחה הוא הגדול ביותר. לפני פרק הזמ ןהזה עלולים תאי הרקמה הצעירה, שלרוב טרם עברו התמיינות,  לגרום להתפתחות גידולים סרטניים. לאחר פרק הזמן הזה(כלומר, לאחר סגירתה" חלון"), תאי הרקמה העוברית כבר מפותחים מדי, כך שהמערכת החיסונית של גוף המקבל תדחה אותם. פרופ' רייזנ רוחברי קבוצת המחקר שלו הצליח ולהשתיל בהצלחה רקמות מעוברי חזירים בגופם של עכברים חסרי מערכת חיסונית, שלגופם הוזרקו תאים חיסוניים מאדם (עכברים אלה משמשים מודל לגוף האנושי). במחקרים אלה התברר, כי חלו ןהזמן המבטיח השתלה מוצלחת של רקמת לבלב מעוברי חזירים הוא בסוף השליש הראשון של ההריון, כלומר, כאשר עובר החזיר בן 42 ימים.

 

במחקר החדש השתיל והחוקרי םאת הרקמות מעוברי החזיר בעכברים שבגופם פעלו מערכות חיסוניות שלמות ומתפקדות, ורקמת הלבלב בהם דוכאה כך שלא תייצר אינסולין.

 

כדי לסייע להצלחת ההשתלה של הרקמה העוברית החזירית בעכברים, החלישו החוקרים את המערכות החיסוניות של העכברים, בדרך דומה לז ושבה מטפלים בבני-אדם שבגופם מושתלים איברים שונים(כלומר, בדרך שאינה פוגעת יתר על המידה במערכו תשונות בגוף המקבל). בכך התגברו על דחיית השתל בגוף המקבל. אז התברר, שהרקמות מעוברי החזיר פעלו היטב בגוף העכבר(שהיווה מודל לאדם), והמשיכו לייצר אינסולין, דבר שאיזן את רמת הסוכר בדם באופן תקין.

 

"תוצאות המחקר הזה, "אומר פרופ' רייזנר,"מצדיקות המשך של המחקר בניסויים קדם-קליניים במודלים של בעלי-חיים יונקים עילאיים."

 

 המחקר בוצע במחלקה לאימונולוגיה של מכון וייצמן למדע, במימונה של חברת.Tissera Inc  מהרצליה.

 

מוצגים ארכיאולוגיים יתועדו בקרוב במצלמה תלת-ממדית סורקת מתקדמת שתחליף את שיטות התיעוד הקיימות, המבוססות על מספר רב מאוד של תרשימי יד. במשך חפירה ארכיאולוגית טיפוסית מתגלים אלפי שברי חפצים שיש צורך לסווג ולנתח כל אחד מהם בנפרד. צריך לרשום את הצורה, המידות, המרקם והצבע - תכונות חשובות המשמשות גם לקביעת גילו של החפץ, וגם כדי ללמוד על התרבות שבמסגרתה נוצר. בשיטות התיעוד הקיימות מציירים המדענים ועוזריהם כל חפץ. הציורים חייבים להכיל פרטים רבים ככל האפשר, ולפיכך התפוקה של מתעד בודד מגיעה ל-10 עד 20 ציורים ליום בלבד. חיסרון נוסף של שיטת עבודה זו נובע מהעובדה, שהמתעדים מבטאים בעבודתם נטיות, סגנון ופרשנות אישית, דבר שמקשה על השוואה אובייקטיבית של חפצים שתועדו בידי מתעדים שונים, בזמנים שונים, באתרים שונים.

 

כדי להימנע מהקשיים האלה רכש המכון לארכיאולוגיה על-שם זינמן באוניברסיטת חיפה, בתמיכת הקרן הלאומית למדע ומכון ויצמן למדע, מצלמה תלת-ממדית סורקת, הראשונה מסוגה בישראל. כבר בימיה הראשונים בישראל נחתה המצלמה במעבדתו של פרופ' עוזי סמילנסקי מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע. פרופ' סמילנסקי, המשתף פעולה עם ארכיאולוגים מאוניברסיטת חיפה ומהאוניברסיטה העברית בירושלים, פיתח שיטה ממוחשבת לניתוח אובייקטיבי של כמויות המידע הגדולות הנאספות באמצעות המצלמה החדשה.

 

המצלמה התלת-ממדית הסורקת מצוידת במקרן שמקרין על החפץ אור מובנה. האור החוזר מהחפץ נקלט באמצעות שתי מצלמות. "עדשות המצלמות האלה מתפקדות באופן דומה לשתי העיניים שלנו", מסביר פרופ' סמילנסקי, "הן מאפשרות לנו לבחון את החפץ גם במימד העומק, וכך לראות אותו בשלושה ממדים". בעת הסריקה מונח החפץ הנמדד על משטח מסתובב, שמאפשר למצלמות לבחון אותו מכל צדדיו. התהליך כולו מתבצע במהירות רבה יחסית, כך שהמערכת מסוגלת לתעד 120 חפצים ביום (לעומת 20 בעבודת יד). בעתיד מקווים המדענים להגיע להספק של יותר מ-200 חפצים ביום.

 

עד כה נסרקו באמצעות המצלמה החדשה מטבעות, עצמות, גרזיני-יד ושברי חרס, שבהם כל חריץ, משטח מובלט, דפוס סימטרי או כל פרט אחר - לרבות פרטים שאינם נראים לעין - נחשפים ונמדדים בדייקנות רבה. מדידה זו מאפשרת למדענים גם זיהוי ושיחזור של הצבעים והמרקמים האמיתיים של החפצים הנחקרים. "הכלי החדש הזה פתח לנו אופקים חדשים של תובנה על העבר, ואפשרות לשאול שאלות חדשות שלא יכולנו לענות עליהן עד כה", אומרים תלמידי המחקר טליה גולדמן ואבשלום קרסיק.

 

כדי לבחון את יעילות תוכנת ניתוח הנתונים של פרופ' סמילנסקי ותלמידיו, נבחנו במערכת המצלמה התלת-ממדית שני כדי חרס מודרניים הדומים זה לזה. כדים אלה נוצרו בשיטות מסורתיות, והחוקרים ביקשו לבדוק אם אפשר לגלות פגמים או פרטים שונים המבדילים ביניהם. בעיני החוקרים נראו שני הכדים כמעט זהים, אך המערכת שפותחה במכון חשפה הבדלים משמעותיים. זיהוי מדויק של הבדלים כאלה בין חפצים עתיקים עשוי לסייע לחוקרים לקבוע, אם מקור השוני הוא הבדלים בסגנון העבודה של קדרים שונים, במועד הייצור, או שהם מבטאים שינויים טכנולוגיים בתהליך הייצור.

 

המצלמה החדשה תאפשר גם שיחזור חפצים שלמים באמצעות שילוב ממוחשב של השברים השונים.  

 

 

למעשה, עד כה זיהו המדענים אירועי"סופר-נובה" רק ימים אחדים לאחר תחילת ההתבהרות של הכוכב העומד להתפוצץ. אבל המדענים שמבקשים לחקור את התופעה הזאת שואפים למדוד אותה ולצפות בה קרוב יותר לזמן ההתרחשות האמיתי. זה בדיוק מה שהצליחו לעשות, לראשונה, מדענים מסוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, כשאת הפרשנות התיאורטית למחקר סיפק פרופ' אלי וקסמן ממכון ויצמן למדע.

 

באמצעות לוויין המחקר המתקדם "סוויפט"  שלנאס"א הצליחו המדענים לזהות סופר-נובהכ-160 שניות בלבד לאחר התחוללותה. התצפית הקרובה לזמן ההתרחשות איפשרה להם להבחין, כי בנוסף לחומר שהכוכב המתפוצץ משליך לכל עבר, משוגרים מאיזור ההתפוצצות גם סילונים של קרינת גאמה, וקרינתX  ("רנטג"ן) חמה. תצפית זו אישרה תיאוריה, שלפיה התפוצצויות הסופר-נובה הן המקור לסילונים של קרינת גאמה שנמדדו בעבר. כן התברר, כי הכוכב המתפוצץ הכיל בעיקר חמצן ופחמן, כלומר, זה היה כוכב גדול למדי. לראשונה הצליחו המדענים גם להבחין בגליהלם הנעים מליבת הכוכב אל פניו, בתהליך התפוצצות שגרם להתפרצויות קרינת הגאמה וקרינתה-X. תהליך זה אישש מודל תיאורטי שהציע פרופ' וקסמן לפני כשנתיים.

 

החומר הגנטי, די-אן-אי, הוא מולקולה ארוכה המאורגנת בגרעין התא ביחידות שונות, כך שבכל יחידה הדי-אן-אי מלופף מסביב לכדור של מבנה חלבוני, הקרוי נוקליאוזום. הנוקליאוזומים עצמם מאורגנים במבנה מסודר שמכסה את כל הכרומוזום. מה קובע כיצד, מתי, ובאיזה מקום לאורך הדי-אן-אי ייווצרו ויתמקמו נוקליאוזומים? ד"ר ערן סגל ותלמיד המחקר יאיר פילד, מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון ויצמן למדע, הצליחו, יחד עם שותפיהם למחקר מאוניברסיטת נורת'-ווסטרן שבשיקגו, לפענח צופן, המקודד ברצף הבסיסים של הדי-אן-אי, אשר קובע את החוקים שלפיהם יתמקמו הנוקליאוזומים לאורך הדי-אן-אי. ממצאי מחקרם התפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי Nature.

 

למיקום המדויק שבו נמצאים הנוקלי-אוזומים נודעת חשיבות רבה, מכיוון שהמקטע הגנטי שמלופף מסביב לנוקלי-אוזום אינו נגיש לחלבונים רבים, ובהם גם גורמים שונים האחראים לכמה מתהליכי החיים הבסיסיים ביותר, כולל שיכפול, שיעתוק, ותיקון הדי-אן-אי. משמעות הדבר היא, שבמקטע הנוקליאוזום לא יכול להתחיל, למשל, תהליך של התבטאות גנטית, כך שלמעשה מיקום הנוקליאוזומים מגדיר ומגביל את האזורים שבהם יכולים להתחולל התהליכים הבסיסיים ביותר. מדובר בהגבלה משמעותית, מכיוון שרוב הדי-אן-אי מלופף מסביב לנוקליאוזומים: הלולאה הגנטית של הנוקליאוזום כוללת כ-150 בסיסים גנטיים (ה"אותיות" שמרכיבות את הרצף הגנטי), ואילו בין נוקליאוזום לנוקליאוזום מצוי איזור גנטי חופשי (שבו יכול להתחיל, למשל, תהליך השיעתוק), באורך של כ-20 בסיסים בלבד.

 

במשך שנים רבות התקיים דיון בקהילה המדעית בשאלה, האם המיקומים של הנוקליאוזומים לאורך הדי-אן-אי נקבעים, או לא נקבעים, על-ידי הרצף הגנטי עצמו. ד"ר סגל וחברי קבוצת המחקר שלו הצליחו להוכיח, שהרצף הגנטי אכן כולל צופן המורה לדי-אן-אי היכן להתארגן בנוקליאוזומים. הם גם פיענחו את הצופן הזה בתאי שמרים, והצליחו לחזות בדיוק רב, תוך שימוש ברצף הדי-אן-אי בלבד, מקומות שבהם החומר הגנטי יהיה ארוז בנוקליאוזומים.

 

ד"ר סגל ושותפיו למחקר מדדו כ-200 מקומות לאורך הדי-אן-אי שבהם נמצאים נוקליאוזומים, ושאלו האם ל-200 הרצפים הללו יש מאפיינים דומים. באמצעות ניתוח הסתברותי של 200 הרצפים, הם אכן מצאו שמקטעים גנטיים אלה מתאפיינים בתכונות משותפות רבות, ובכך גילו ופיענחו צופן שקובע היכן יתמקמו נוקליאוזומים. הצופן עצמו מתבטא בקיומה של "מילת צופן" גנטית מסוימת, החוזרת על עצמה מדי 10 בסיסים על הרצף הגנטי, ומשפיעה על היכולת של הדי-אן-אי להתקפל למבנה כדורי, כפי שנדרש מדי-אן-אי המתלפף כדי ליצור נוקליאוזום. ככל שמופיעות יותר "מילות צופן" כאלה, כך גדל הסיכוי שבאותו מקום הדי-אן-אי יתקפל וייווצר נוקליאוזום. כדי לפענח את הצופן הזה בנו המדענים מודלים הסתברותיים שאיפיינו סדרות של רצפים גנטיים בעלי יכולת להתקפל וליצור את לולאות הנוקליאוזומים. לאחר מכן פיתחו אלגוריתם (מתכון חישובי) שמסוגל לעבד את המידע הגלום ברצף הגנטי של כרומוזום שלם, ולנבא באילו מקומות, לאורכו, ייווצרו ויתמקמו נוקליאוזומים. ניבויים אלה הצליחו לחזות, במידת דיוק טובה, את מיקומם של נוקליאוזומים במערכת חיה, בתאי שמרים.

 

תוצאות המחקר גם הראו, שלאורך האבולוציה למדו תאי השמרים לנצל את הצופן הנוקליאוזומי כדי לסייע לעצמם בתהליכים בסיסיים רבים. למשל, אחת מהתעלומות הגדולות בביולוגיה מולקולרית היא, כיצד תאים מצליחים לכוון את גורמי השיעתוק דווקא לאתרים מסוימים על ה-די-אן-אי, שאליהם חשוב שהם ייקשרו, ולא לאתרים אחרים, בעלי התאמה מבנית זהה, אשר מופיעים באופן מקרי במקומות רבים לאורך הדי-אן-אי. התעלומה נעוצה בעובדה, שאתרי הקישור הללו הם קצרים, מופיעים במקומות רבים על הכרומוזום, ואינם מכילים מידע על מידת החשיבות של האתר. המדענים הראו, שהמידע החיוני על חשיבות האתר מקודד, לפחות באופן חלקי, בצופן שאותו מצאו: האתרים החשובים נמצאים במקטעים גנטיים חופשיים מנוקליאוזומים, עובדה שמאפשרת גישה לגורמי השיעתוק השונים. לעומת זאת, האתרים המקריים, שמתאפיינים בהתאמה מבנית זהה (ולכן עלולים להטעות את גורמי השיעתוק), ממוקמים במקטעים שבהם נוצרים וממוקמים נוקליאוזומים, ולכן הם אינם נגישים לגורמי השיעתוק.

 

מכיוון שהחלבונים שמרכיבים את הנוקליאוזומים הם מהשמורים ביותר באבולוציה, המדענים משערים שהצופן שהתגלה שמור אף הוא, בבעלי-חיים רבים נוספים, לרבות בני-אדם. מחלות רבות, לרבות סרטן, מלוות, ואף נגרמות כתוצאה משינויים (מוטציות) בלתי-רצויים בארגון  הדי-אן-אי בכרומוזומים. תהליכים אלה עשויים להיות מושפעים מהנגישות של הדי-אן-אי לגורמי השיכפול והשיעתוק, ומארגונו של החומר הגנטי בנוקליאוזומים. לפיכך סבורים המדענים, כי הצופן שגילו עשוי לסייע בעתיד גם בהבנת המנגנונים שגורמים מחלות רבות.

 

 

 

 

 

 

 

 

חמסינים במשלט

החום זוחל לאט

כל יום כמו שבת נמתח

 

מילים ולחן: נעמי שמר

ביצוע מקורי: אילי גורליצקי ולהקת פיקוד מרכז

 

אנשים לא מתפקדים היטב בעומס חום גבוה, או כשקר להם מדי. קשה לתאר את החיים המודרניים ללא אח בוער, בקבוק חם, מעילים, מאווררים ומזגני אוויר. לעומתנו, החיידקים והאצות הם יצורים הרבה פחות מפונקים. הם מתקיימים ללא תלונות מיוחדות באנטרקטיקה הקפואה או במעיינות מים רותחים, ללא כל יכולת ?לווסת את חום הגוף, ובוודאי ללא אמצעים ?טכנולוגיים כלשהם. כיצד הם מצליחים לשגשג בסביבות בעלות טמפרטורות קיצוניות? אם נמצא את התשובה לשאלה זו נוכל, אולי, לשפר את יכולתם של גידולים חקלאיים להתמודד עם תנאי חום וקור, לייעל תהליכים תעשייתיים ולמצוא פתרונות לבעיות סביבתיות שונות. אלה בדיוק השאלות העומדות במרכז הפעילות של צוות מדעי רב-תחומי בראשותו של פרופ' אביגדור שרץ מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע. יחד עם הצוות, שכלל את תלמידי המחקר אוקסנה שליק-קרנר, אילן סמיש והדר קלס, ואת החוקרים הבתר-דוקטוריאלים דוד כפתן, נטע הולנד ומרוטי סיי, ניסה פרופ' שרץ לפענח את המנגנונים המאפשרים ליצורים שונים לחיות ולשגשג בסביבה המתאפיינת בטווח רחב של טמפרטורות. או, כפי שניסחו זאת המדענים: כיצד מערכות אנזימטיות בעלות מבנה ותכונות דומים מאוד, מצליחות לתפקד ביעילות דומה בתנאי טמפרטורה שונים במידה קיצונית.

 

החוקרים בחנו מינים שונים של חיידקים המבצעים פוטוסינתזה (ייצור חומרי מזון - סוכרים - בסיוע אנרגיית השמש). הם התמקדו באחד משלבי המפתח של התהליך (העברת אלקטרון בין שתי מולקולות הממוקמות על גבי "מרכז תגובה" חלבוני), והישוו את קצב התגובה הזאת בשני מיני חיידקים, תוך שהם מעלים בהדרגה את טמפרטורת הסביבה..

 

להפתעתם, גילו החוקרים כי התגובה אינה מצייתת לתפיסה הרווחת, שלפיה הקצב של כל תגובה אנזימטית עולה בשיעור מעריכי עם עליית הטמפרטורה. למעשה, התברר ?להם שקצב התגובה הגיע לשיא בדיוק בטווח הטמפרטורות שבו "אוהבים" החיידקים להתקיים. קצב זה נותר על כנו גם כשטמפרטורת הסביבה המשיכה לעלות. במילים אחרות, החיידקים אינם מושפעים משגיונותיו של מזג האוויר, אלא מווסתים את קצב הפעילות האנזימטית שלהם בהתאם לטמפרטורה הממוצעת של הסביבה שבה הם חיים. כך הם נמנעים, הן מהפחתה מסוכנת בפעילות כתוצאה מהתקררות הסביבה, והן מפעילות יתר הרסנית כתוצאה מהתחממות הסביבה.

 

איך הם עושים זאת? המדענים בחנו את מרכזי התגובה החלבוניים שבהם מתחולל שלב מרכזי בתהליך הפוטוסינתזה בחיידקים ש"אוהבים" טמפרטורות מתונות, ובחיידקים שמשגשגים בסביבה חמה מאוד. החלבונים של שני החיידקים כמעט זהים, אלא שהמדענים הצליחו לזהות הבדל זעיר ביניהם: שתי חומצות אמינו (היחידות המרכיבות את החלבונים) בחלבון של החיידקים אוהבי הסביבה המתונה שונות מאלו המצויות באותו מקום על רצף החלבון של החיידקים אוהבי החום. יחי ההבדל הקטן. המדענים שיערו, כי שוני זה מאפשר לחיידקים להתאים את קצב הפעילות שלהם לטמפרטורת הסביבה. ואכן, כששינו את רצף חומצות האמינו בחלבון בשיטות של הנדסה גנטית, השתנה טווח הפעילות האופטימלית של החיידקים בכ-10 מעלות, בדומה למה שמתחולל בטבע.

 

ממצאים אלה, שפורסמו באחרונה במהדורה המקוונת של כתב העת המדעי Nature, עשויים אולי לסייע, בעתיד, בפיתוח זני צמחים עמידים לטמפרטורות קיצוניות, כך שאפשר יהיה, למשל, לגדל צמחי מזון שונים באזורים מדבריים. יישומים נוספים עשויים להוביל לייעול תהליכים תעשייתיים הכוללים תגובות אנזימתיות. פרופ' שרץ אומר, כי היכולת להגביר את קצב הפעילות של אנזימי הפוטוסינתזה עשויה אולי לאפשר, בעתיד, שליטה בקצב הפוטוסינתזה והגדלת שיעור קליטת הפחמן הדו-חמצני מהאטמוספירה - דבר שעשוי לאפשר גידול ניכר בייצור מאסה צמחית להפקת דלק ביולוגי, ובאותה עת גם להפחית את אפקט החממה.