<div>
Science Feature Articles</div>

החיים על שבב

עברית
יצירת תא חי מלאכותי, שלם ומתפקד, היא בבחינת חלום מדעי ארוך טווח, שהגשמתו עדיין אינה נראית באופק. אבל מדענים רבים, במקומות שונים בעולם, מנסים להתקדם בדרך אל המטרה הזו באמצעות פירוק המטלה השלמה למטלות משנה. חברי קבוצת המחקר של פרופ' רועי בר-זיו, וביניהם עמיתת המחקר ד"ר שירלי שולמן דאובה ותלמידת המחקר יעל היימן, מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, ביצעו באחרונה צעד מעודד בתחום זה. הם יצרו מערכת דו-ממדית דמויית תא, על גבי שבב זכוכית. המערכת המלאכותית איפשרה הצצה לאחד התהליכים הבסיסיים ביותר – ועם זאת המורכבים ביותר – המתרחשים בתא החי: ביטוי גנים, כלומר, התהליך שבו מיוצרים חלבונים על-פי המידע האצור בגנים. המערכת כללה את "חומרי הגלם" המוכרים של התא: די-אן-אי, אר-אן-אי, חלבונים, וכן את כל המערך הנחוץ לביטוי גנים. המערכת השתמשה בחומרי הגלם, הפעילה את "אמצעי הייצור", וייצרה חלבונים – שאף התארגנו במערכים מורכבים, כפי שמתרחש בטבע. "הרעיון שעמד מאחורי פיתוח המערכת הזו היה לנסות לצפות בהתארגנות של מבנים חלבוניים בזמן אמת, תוך התערבות מזערית, ובסביבה מבוקרת", אומר פרופ' בר-זיו.
מימין: ד"ר שרון וולף, יעל היימן וד"ר שירלי שולמן דאובה
 
המחקר הנוכחי, אותו הובילה היימן, התבסס על מערכת שפיתחו לפני מספר שנים ד"ר שולמן דאובה ותלמיד המחקר (דאז) ד"ר אמנון בוקסבוים. המערכת מבוססת על שבבי זכוכית זעירים ודקים מאוד – עוביים הוא 8 ננומטר בלבד, עובדה שחייבה מיומנות טכנית גבוהה ביותר בביצוע הניסויים. שבבי הזכוכית צופו בחומר רגיש לאור, ולאחר מכן הוקרנו בקרניים ממוקדות של קרינה אולטרה-סגולה. הקרינה גורמת לעירור כימי של החומר, דבר שמאפשר לקשור אליו חומרים רצויים, במיקומים מדויקים: באיזור אחד על השבב חיברו המדענים מולקולת די-אן-אי אשר מקודדת לחלבון המסומן בצבע ירוק זוהר, ובמיקום אחר, בסמוך, הם חיברו נוגדנים שיודעים "לתפוס" את החלבון הצבעוני.
 
המדענים הציפו את השבב במיצוי שהפיקו מחיידקים, והתבוננו בו באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. התוצאה: האיזור בו מוקמו הנוגדנים נצבע בירוק זוהר. כלומר, התרחש תהליך שיעתוק של מולקולות הדי-אן-אי שעל השבב למולקולת אר-אן-אי (תוך שימוש בחומרי הגלם שבחיידקים), ומולקולות האר-אן-אי תורגמו לחלבונים ירוקים – שנתפסו על-ידי הנוגדנים.
 
בשלב הבא ביקשו המדענים לצפות בהתארגנות מבנים מורכבים של חלבונים – כדוגמת אלה שיוצרים בטבע את הריבוזום או מעטפות של נגיפים. לצורך זה הם קשרו לשבב גן שמקורו בנגיף, אשר החלבונים המיוצרים ממנו מתארגנים באופן עצמאי במבנה של צינור. ואכן, בדיקה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר, בעזרתה של עמיתת המחקר ד"ר שרון וולף מיחידת המיקרוסקופיה האלקטרונית, הראתה כמות גדולה של צינורות זעירים באזורים בהם נקשרו נוגדנים לשבב.
 
תהליכים רבים בטבע מתרחשים בשיתוף פעולה של מספר חלבונים, ולכן, בניסוי האחרון נבדקו יחסי גומלין בין שני חלבונים שונים. שוב קובע לשבב גן המקודד לחלבון צבוע בירוק, אך הפעם הכילה התמיסה שהציפה אותו גם גן נוסף, המקודד לחלבון צבוע באדום. הנוגדנים בהם השתמשו הפעם מסוגלים לתפוס את שני החלבונים ללא הבחנה. תצפית במיקרוסקופ הראתה, כי נוצרה הפרדה מרחבית מדורגת בין שני החלבונים: ריכוז החלבון הירוק היה גבוה מאוד בנוגדנים הסמוכים לגנים שמהם יוצר, והלך וירד ככל שהתרחק מהם. את מקומו תפס בהדרגה החלבון האדום, שריכוזו הגבוה ביותר היה בנוגדנים המרוחקים מהגנים. ממצאי המחקר התפרסמו בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology.
 
המחקר מראה כי אכן אפשר לבנות "פס ייצור" חוץ-תאי של חלבונים, ובאמצעותו להתבונן באופן שבו חלבונים נוצרים, מתארגנים במבנים, ומקיימים יחסי גומלין. מלבד האפשרות לתצפית בחלבונים "פסיביים", ייתכן כי המערכת תאפשר, בהמשך, גם ליצור מבנים חלבוניים מורכבים ו"פעילים" לפי דרישה.
 
בנוסף לגידול שלושה בנים, שני חתולים, גינת תבלינים אחת ופסנתר מעלה אבק, מוצאת ד"ר שירלי שולמן דאובה קצת זמן לטיולים בחיק הטבע.
 
 
 
מימין: ד"ר שרון וולף, יעל היימן וד"ר שירלי שולמן דאובה
כימיה
עברית

חדשות טובות

עברית
 

פרופ' ירדנה סמואלס

ביום ראשון אחד לפני כעשר שנים עבדה פרופ' ירדנה סמואלס, אז חוקרת בתר-דוקטוריאלית צעירה, במעבדה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס. היא שמה לב, כי בדי-אן-אי של שני חולי סרטן מצויה מוטציה זהה בגן מסוים. המעבדה הייתה ריקה, ומלבדה היה שם רק המנחה שלה, פרופ' ברט ווגלשטיין, מבכירי חוקרי סרטן בעולם. הוא העיף מבט אחד בממצא והכריז: "אני חושב שיש כאן home run". סמואלס, שהגיעה לארצות-הברית רק מספר חודשים לפני כן, לא הכירה את הביטוי המתייחס להצלחה גדולה במשחק הבייסבול, אך הבינה מיד שמדובר בחדשות טובות במיוחד.כך אכן היה. לא רק שהיא גילתה גן חדש הגורם לסרטן, אלא התברר שהגן, הקרוי PIK3CA, הוא אחד הגנים השכיחים ביותר מבין אלה שגורמים לסוגי סרטן שונים. הממצאים, שהתקבלו מיד לפרסום בכתב-העת Science, פתחו כיוון מחקר חדש, אשר משך אליו במהירות עשרות חוקרים מאוניברסיטאות ומחברות תרופות.
סמואלס רשמה הישג מרשים נוסף בשנת 2006, לאחר שהקימה מעבדה משלה במכון הלאומי לחקר הגנום האנושי בבתסדה שבמרילנד. בשלב זה היא כבר החליטה להתמקד במלנומה, אחד מסוגי הסרטן הקטלניים ביותר, שהגנטיקה שלו עדיין מאוד לא ברורה. בשיתוף עם פרופ' סטיבן רוזנברג, ראש אגף הכירורגיה במכון הלאומי לסרטן, היא זיהתה מוטציה גנטית חדשה המופיעה בכ-20% מחולי המלנומה. "נראה היה שמצאנו את עקב אכילס של חלק נכבד ממקרי המלנומה", אומרת פרופ' סמואלס.
 
התגלית מעודדת ביותר, מפני שהיא בעלת חשיבות מיידית לטיפול בחולים. פיתוח תרופה חדשה נמשך שנים, אך המוטציה החדשה נמצאת בגן הקרוי ERBB4, שכבר מהווה מטרה לתרופה – נגד סרטן השד. מחקרים קליניים כבר החלו לבדוק האם תרופה זו יכולה לעזור גם לחולי מלנומה.במעבדתה במחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא ממשיכה פרופ' סמואלס לחקור מוטציות גנטיות המעורבות במלנומה. כאשר גידול סרטני מאובחן, הגנים שבתאיו כבר מכילים עשרות, אם לא אלפי, מוטציות, חלקן מוטציות "מובילות" הממלאות תפקיד בצמיחת הגידול, אך חלקן מוטציות "נלוות", שאינן ממלאות תפקיד חשוב בהתפתחות הסרטן. בעזרת נתונים גנומיים ממאות חולים מפתחת פרופ' סמואלס גישות שיבחינו בין המוטציות המובילות לבין אלה הנלוות.
 
בעבודתה היא מסתמכת על מאגר רקמות שנלקחו מגידולי מלנומה ומרקמות בריאות תואמות, אותו הקימה בשיתוף עם המכון הלאומי לסרטן בארצות-הברית. באמצעות נגיפים היא מחדירה "סמנים" מולקולריים לדי-אן-אי, במטרה לפתח גישה שיטתית לקביעת תפקידם של גנים מוטנטיים. הסימון מאפשר לה להשוות בין פעילותם של גנים נורמליים לבין זו של גנים מוטנטיים בתאי אדם.
 
המטרה הסופית היא רפואה מותאמת אישית. פרופ' סמואלס שואפת לזהות תת-קבוצות עיקריות של סרטן המלנומה, שכל אחת מהן מזוהה באמצעות "חתימה" מולקולרית ייחודית. בעתיד יותאמו הטיפולים למוטציות המסוימות המאפיינות כל תת-קבוצה.
 
פרופ' ירדנה סמואלס אוהבת לרכוב על סוסים.
 
פרופ' ירדנה סמואלס
מדעי החיים
עברית

עננים במעבדה

עברית

הבנת אופן ההשפעה של העננים על האקלים אינה משימה פשוטה. מה קובע את מבנה העננים הנמוכים, אשר מקררים את האטמוספרה, או את מבנה העננים הגבוהים, שלוכדים את החום מתחתם? כיצד יכולים בני-האדם לשנות את דפוסי היווצרות העננים? מחקרו של פרופ' אילן קורן, ממכון ויצמן למדע, מעלה את האפשרות כי הפעילות האנושית דוחפת את העננים לרוחב ולגובה. המחקר, שבמסגרתו ניתח, יחד עם חברי קבוצתו, סוג מיוחד של עננים, התפרסם באחרונה בכתב-העת Science, ומצביע על כך שבתקופות טרום-תעשייתיות כיסו פחות עננים את פני הים לעומת המצב כיום.

אחד התנאים להיווצרות עננים הוא נוכחותם של חלקיקים זעירים בשם "אירוסולים", המרחפים באטמוספרה. אותם אירוסולים – בין אם הם טבעיים, כמו מלח ים ואבק, ובין אם הם מלאכותיים, כמו פיח – יוצרים גרעינים שסביבם מתעבות טיפות מים אשר יוצרות עננים. בסביבות נקיות יחסית יתפתחו העננים בהתאם לגודל שמאפשרים להם האירוסולים האטמוספריים: הם הגורם המגביל את היווצרות העננים.

השאלה היא, האם כמות האירוסולים הקיימת כיום באטמוספרה כבר חורגת מהגבול, ובמקרה כזה, האם הוספת חלקיקים לא תשפיע במידה ניכרת על היווצרות העננים; או שככל שזיהום האוויר גובר, ממשיכים האירוסולים להיות גורם מגביל, כך שהוספת אירוסולים תמשיך להשפיע על העננים? מודל שפיתחו פרופ' קורן וצוותו הראה, שעלייה בכמות האירוסולים, אפילו בתנאי זיהום באופן יחסי, תגרום להיווצרותם של עננים גבוהים יותר וגדולים יותר, שמייצרים יותר גשם. אבל הוכחת נכונותו של המודל היא עניין אחר: ניסוי בעננים, או אפילו בידוד הגורמים השונים שגורמים להיווצרותם בזמן אמת, הם פעולות שקשה לבצען.

עננים שנוצרו בתהליך הסעת חום, עטופים בעשן, הנוצרים מעל האמזונס. צילום: אילן קורןפרופ' קורן, תלמיד המחקר גיא דגן, וד"ר אורית אלטרץ-סטולר, מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע, מצאו מקום בלתי-צפוי לבחינת המודל: באזורים מרוחקים במרכז האוקיינוס, ליד קווי רוחב הקרויים "רחבי הסוסים". אזורים אלה היו ידועים לשמצה בקרב מלחים, מפני שהרוחות שנשאו את סירות המפרש שלהם לשם שככו לעיתים למשך שבועות, וספינותיהם לא יכלו לנוע.המדענים ראו באיזור זה מעבדה טבעית, שבה יוכלו לבדוק את הפיסיקה שבבסיס המודל שלהם: איזור אטמוספרי שבו שולטים תנאים מטאורולוגיים יחסית קבועים. לעיתים האטמוספרה נקייה לחלוטין מאירוסולים, ולעיתים היא מכילה רמות נמוכות שלהם. אם המודל נכון, המעבר בין שני המצבים יהיה קיצוני.

כעת, כשהוסרו שאר הגורמים המשפיעים האפשריים (רוח, שינויי טמפרטורה קיצוניים או תצורת הקרקע), ניגשו המדענים לבדוק את השערותיהם ביחס לעננים באיזור – הנוצרים בתהליך הסעת חום, ו"ניזונים" מהלחות שבים. קבוצת המחקר התרכזה באירוסולים – באמצעות השוואת צילומי לוויין יומיים, המציגים את התפרסות העננים ומדידת רמת האירוסולים, לתחזיות של המודל. שימוש בסוגי ניתוחים שונים הוכיח, שהמודל התיאורטי אכן מתאים לממצאי הלוויינים.

בהמשך השתמשו המדענים במקור מידע נוסף: מערכת המכשירים הלווייניים שמודדת את אנרגיית הקרינה אשר פולטים העננים וכדור-הארץ (CERES). מערכת זו מנטרת את שטף הקרינה אשר מוחזרת מכדור-הארץ ונפלטת ממנו לחלל, במטרה לסייע למדענים להבין שינויי אקלים. כאשר הישוו נתונים אלה לריכוזי האירוסולים בזמן ובמקום נתונים, התוצאה, מספר פרופ' קורן, הייתה "הדגמה קלאסית של 'ההשפעה המחזקת' שיש להוספת אירוסולים על היווצרות עננים". במילים אחרות, נתוני הקרינה התאימו ל"חתימה" המיוחדת של עננים מתרחבים וגבוהים: עקב החזרת גלים קצרים חלה התקררות ניכרת בעננים אלה. עם זאת, תופעה זו התבטלה באופן חלקי בגלל אפקט חממה – לכידת קרינה ארוכת-גל אשר מגיעה מלמטה.

לפחות מעל האוקיינוס היו תנאֵי האטמוספרה בתקופה הטרום-תעשייתית שונים במידה ניכרת מאלה של ימינו. המשמעות היא, שייתכן כי לאירוסולים שאנו מוסיפים לאטמוספרה יש השפעה מכרעת על תבניות עולמיות של היווצרות עננים וירידת גשמים.

פרופ' קורן: "הראינו שעננים הנוצרים בתהליך הסעת חום אינם מפסיקים בהכרח להיות מוגבלי-אירוסולים. בתנאים של זיהום יחסי תהפוך העלייה בריכוזי האירוסולים את העננים לגבוהים יותר ולגדולים יותר, ואת הגשם שהם מייצרים – לחזק יותר. ככל שהאיזור אשר מכוסה עננים גדֵל, משמעות הדבר היא שקיימת יותר קרינה קצרת-גל; אבל ככל שהעננים גובהים, אפקט החממה משפיע יותר, והוא מנטרל כמחצית מהתקררותם".

 
עננים שנוצרו בתהליך הסעת חום, עטופים בעשן, הנוצרים מעל האמזונס. צילום: אילן קורן
מדעי הסביבה
עברית

מכוונים לדעת גדולים

עברית
 פרופ' בני גיגר, ד"ר ערן בוכבינדר וד"ר אריאל ליבנה. אתרי מגע

במשל הידוע על האלון וקנה הסוף, או במחזה "אדם לכל עת", יש משהו שרומז לנו כי החָפֵץ חיים, טוב יעשה אם ישנה כיוון ויתאים את עצמו כשמופעל עליו כוח חיצוני, לפחות עד שישתנה כיוון הרוח, או הלחץ. העיקרון הזה נכון גם בעולמם של התאים החיים, ובמיוחד אלה הממוקמים ברקמות הנתונות ללחצים אשר עולים ויורדים לסירוגין, כמו כלי הדם המתרחבים ומתרפים חליפות בהתאם לפעימות הלב, או צינורות מערכת הנשימה אשר משנים את ממדיהם עם כל שאיפה ונשיפה.

 

כך, למשל, התאים המרכיבים את כלי הדם אמורים לשאול את עצמם לאן בדיוק לנוע, לאיזה כיוון לפנות, כאשר הדם נדחס לתוך הצינורות ומותח אותם בעוצמה. התשובה העקרונית פשוטה: עליהם לפנות אל הכיוון שכאשר יתייצבו בו, יוכלו להתמודד בקלות רבה יותר עם הלחץ. ואכן, תצפיות רבות הראו שתאים הצמודים למשטח שמופעל עליו מאמץ מתיחה, או שהוא חשוף לזרימת דם בכיוון מסוים, מתארגנים פחות או יותר בכיוון אחד (כאשר ״כיוון התא״ מוגדר ככיוון ציר האורך שלו). אבל, כאשר מבקשים לחדד את התשובה ולעבור מניסוח תיאורי לניתוח פיסיקלי מדויק וליכולת ניבוי, הדברים נעשים מורכבים הרבה יותר.

 

החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר אריאל ליבנה, ממעבדתו של פרופ' בני גיגר במחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע, נכנס באחרונה לעובי הקורה של השאלה הבסיסית הזאת –וחזר ממנה עם תובנות מפתיעות, שמי שרוצה, יכול לראות בהן גם אנלוגיה מסוימת למצבים בחייהם של בני-אדם.

 

זה אולי המקום לתאר מה קורה לתא כאשר הוא נמתח. בשולי התא מצויים אתרי מגע הנצמדים למשטח, או מרפים ממנו. בין אתרי המגע מחברים סיבים של השלד התאי, המתַפקדים כמעין רשת של קפיצים אשר מפעילים כוחות על אתרי המגע הקשורים אליהם. מודלים שהתמקדו בתיאור התנהגות התאים תחת לחץ התייחסו בעיקר לשאלת כוחות המתיחה של ה"קפיץ", אשר גורמים לשינויים במבנה אתרי המגע, ובעקבותיהם לשינויים (למשל, הצרה, התארכות) בארגון התא, המשפיעים על צורתו, על תנועתו ועל גורלו.

 

ד"ר ליבנה, שהביא איתו למעבדה במדעי החיים שיטות עבודה ומחקר פיסיקליות, בחן תאים הנמצאים תחת לחץ ומגיבים אליו, במערכות מבוקרות היטב ובאמצעות מיקרוסקופיה מתקדמת. כך עלה בידו להבחין, כי בניגוד לדעה הרווחת, הימתחות ה"קפיץ" של סיבי השלד התאי אינה מספיקה לקביעת כיוון התא. מנגד, לא רק בשלד התאי מתרחשת מתיחה, אלא גם באתרי המגע עצמם, שעד למחקר הנוכחי לא נחשבו לגורם ראשוני ומשמעותי בתהליך. האם שינויים מולקולריים המתחוללים באתרי המגע הללו בעת המתיחה, אשר נועדו לאפשר לאתרי המגע עצמם "למצוא לעצמם מנוחה" במצב שהתנוחה בו "תעלה להם" פחות ככל האפשר במונחי אנרגיה, יכולים לכוון שינוי בהתארגנות התא השלם?

 

למעלה: תאים הגדלים בתרבית. אחרי המתיחה מאורגנים התאים בכיוון אחיד. למטה מימין: אתרי המגע (בירוק) בקצות סיבי השלד התאי. משמאל: אחידות הכיוון של סיבי השלד התאי לאחר מתיחה

בשלב זה פנה ד"ר ליבנה לד"ר ערן בוכבינדר מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, שמחקריו עוסקים בין היתר באופן שבו מתמודדים משטחים עם כוחות המופעלים עליהם. המדענים פיתחו מודל מתמטי המתאר את התגובות של אתרי המגע ללחץ, וצופה כי התגובות האלה הן הגורם העיקרי אשר משפיע על התא השלם בתהליך שינוי הכיוון ו"מנווט" אותו. מודל זה הצליח לחזות בהצלחה את שינויי הכיוון – הן שינוי הזווית, והן קצב התנועה – שביצעו תאים בתגובה ללחצים. ממצאים אלה התפרסמו באחרונה בכתב- העת המדעי Nature Communications.

 

במילים אחרות, מתברר שהשינוי מתחיל מהשטח, ולא בהכרח מה"מיפקדה". יחידות השטח הקטנות, המרוחקות ממרכזי הכוח, הן אלה שמקבלות החלטות ו"מחזיקות בהגה" של התא השלם והמורכב. מי שרוצה לראות בזה אנלוגיה דמוקרטית לשינויי כיוון במערכות גדולות, מוזמן לעשות זאת על אחריותו האישית.

 
 
 פרופ' בני גיגר, ד"ר ערן בוכבינדר וד"ר אריאל ליבנה. אתרי מגע
מדעי החיים
עברית

מלכודת לחומר אפל

עברית
איך אפשר למצוא דבר מה, אם איננו יודעים מה אנחנו מחפשים? עם השאלה הזאת מתמודד ד"ר רן בודניק מדי יום ביומו. עד כה לא הצליח איש להוכיח את קיומו של החומר האפל או לראות אותו, אפילו לא באמצעות הטלסקופים המשוכללים ביותר ומכשירי המדידה המדויקים ביותר. ואם כך, מדוע מניחים שהוא קיים? כשמדענים מחַשבים את המאסה הנדרשת על-מנת לשמור על הגלקסיות ועל צבירי הגלקסיות בתנועה מסונכרנת, אפשר להבין שהחומר הנראה מהווה שבריר קטן מהסכום הכולל.
 
חישובים אלה, המבוססים על פיסיקה פשוטה, מראים כי כמות החומר האפל ביקום גדולה בערך פי שבעה מזו של החומר שאפשר למדוד. בנוסף להיותו בלתי-נראה לחלוטין לכל אורכי-הגל הידועים, התיאוריות המתקדמות ביותר קובעות שהחומר האפל מוכרח להיות קר. כמו כן, הוא נוכח בכל רחבי היקום, כולל סביבת כדור-הארץ.
 
אם החומר האפל עשוי מחלקיקים, ומפוזר במרחב, כנראה הוא לא בא במגע עם חומר מוחשי שניתן לראות. בין המודלים הרבים המוצעים לגבי החלקיקים המרכיבים את החומר האפל בולט במיוחד זה המבוסס על חלקיקים הקרויים WIMPs) Weakly Interacting Massive Particles). חלקיקים מאסיביים אלה, המקיימים אינטראקציות חלשות, מתאימים אפילו למודל המקובל להיסטוריית היקום – כל הדרך בחזרה למפץ הגדול.
 
מיותר לציין, שטמינת מלכודת לחלקיק מסוג היא מלאכה מאתגרת. קודם כל, מפני שהגלאים בהם משתמשים חייבים להיות קבורים עמוק באדמה, כדי שיוכלו לסנן את 99.999% מהחלקיקים הנפוצים אשר מפציצים ברציפות את פני כדור-הארץ. בניסוי בשם XENON100 הוצב מְכל בתוך מנהרה בבטן הר גראן סאסו, שברכס הרי האפנינים. את המכל מילאו ב-161 קילוגרם של קסנון טהור (היסוד היציב ביותר שאינו מגיב כימית), והוא ממתין שחלקיק WIMP יבוא במגע עם אחד מאטומי הקסנון. כאשר הדבר יתרחש, יגרום המפגש לפליטת פוטונים מהקסנון, בנוסף לכמות קטנה של אלקטרונים, ויוביל להבזק אור חלש ביותר – שייקלט בגלאים.
 
עד כה לא זוהו חלקיקי WIMP, אבל אין זה אומר שהם אינם קיימים. "ייתכן שיעברו 20 שנה עד שנצליח לתעד מפגש", אומר ד"ר בודניק, שבשיתוף עם מדענים מארצות הברית, מאיטליה, מגרמניה, מצרפת, מפורטוגל, מישראל ומאבו דאבי לוקח חלק בתכנון ובהתקנה של "מלכודת WIMPs" גדולה הרבה יותר, המכילה כמה טונות של קסנון. המדענים מקווים, כי מלכודת זאת תוכל לזהות WIMPs תוך שנה עד שנתיים. במחקר זה משתתפים מדענים נוספים ממכון ויצמן למדע, ביניהם פרופ' אהוד דוכובני, פרופ' עמוס ברסקין, פרופ' עילם גרוס, ד"ר הגר לנדסמן, ד"ר דניאל ללוש וד"ר לורן לוינסון.
 
ד"ר רן בודניק. חומר אפל

אישי

ד"ר רן בודניק גדל בכפר ורבורג. כשהיה בן 11 רשמו אותו הוריו לחוג מתמטיקה במכון ויצמן למדע, החלטה שגרמה לו לרצות להיות מתמטיקאי. בתיכון הוא גילה תשוקה נוספת – כדורסל – אבל במקום להצטרף לקבוצה המקומית, הוא התבקש להשתתף באולימפיאדת הפיסיקה הלאומית. בודניק זכה במקום הראשון בתחרות, שהתקיימה במכון. בהמשך זכה במדליית כסף באולימפיאדה הבין-לאומית לפיסיקה בבייג'ינג.
 
לאחר שירות קבע ביחידת "תלפיות" הצטרף בודניק למכון ויצמן למדע כתלמיד מחקר, בהנחייתו של ד"ר אלי וקסמן. הוא השלים מחקר בתר-דוקטוריאלי קצר במעבדתו של פרופ' עמוס ברסקין לפני שיצא למחקר בתר- דוקטוריאלי שני באוניברסיטת קולומביה, ניו-יורק. שם התוודע לראשונה לניסוי XENO. השנה הצטרף ד"ר בודניק למחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע.
 
ד"ר בודניק נשוי לנטע, ואב לשלושה ילדים, בני שש, ארבע וחצי ושנה. הוא עדיין נהנה לשחק כדורסל, וכשיש לו זמן, בעיקר מאוחר בלילה, הוא אוהב לקרוא.
 
 
ד"ר רן בודניק.
חלל ופיסיקה
עברית

טלפון שבור

עברית
 
פרופ' עמוס תנאי, זהר שפוני וד"ר זהר מוכמל. דפוס זיכרוןתאים בוגרים, ממש כמו בני אדם, עלולים לסבול מקשיי זיכרון. כך עולה ממחקר במכון ויצמן למדע, בו נחשפו גילויים על סוג מסוים של זיכרון תאי, השופכים אור חדש על התפתחות הסרטן ועל השימוש בתאי גזע ברפואה.
 
תאי הגוף שלנו נדרשים לזכור מידע רב. כפי שידוע כבר עשרות שנים, הזיכרון הגנטי שלהם מהימן להפליא. רמת הטעויות, או המוטציות, בדי-אן-אי, אשר מתרחשות תוך כדי חלוקת התאים, היא נמוכה ביותר, ועומדת על אחת מתוך מיליוני או אפילו מיליארדי אותיות גנטיות. זוהי הסיבה לכך שכל התאים בגופנו משמרים באופן מושלם את הגנים שנמסרו להם מהביצית המופרית במהלך ההתפתחות העוברית. אולם, כפי שדוּוח באחרונה בכתב-העת המדעי Nature, מדעני המכון מצאו כעת כי הזיכרון האפיגנטי של התאים, כלומר הזיכרון שאינו מקודד בדי-אן-אי, מכיל רמה גבוהה להפתיע של טעויות.
 
המדענים התמקדו במנגנון אפיגנטי מסוים, שבו נצמד לדי-אן-אי תג כימי הקרוי קבוצת מתיל (methyl group). דפוס הפיזור של תגים אלה, כלומר דפוס המתילציה של הדי-אן-אי, מכתיב במידה מסוימת את פעילות הגנים בתא. תגי המתיל עוזרים להפעיל את הגנים או מפסיקים את פעילותם, דבר הקובע, בין היתר, את זהותו של התא: האם יהיה חלק מרקמת העור, הכליות, המוח או איבר אחר.
 
המדענים פיתחו שיטות מתקדמות למיפוי דפוסי זיכרון, הכוללות ריצוף מאסיבי של הדי-אן-אי ואלגוריתמים מתמטיים, וגילו בעזרתן, כי כאשר עובר דפוס המתילציה לתאי הבת בזמן חלוקת התאים, שיעור הטעויות הוא גבוה ביותר: אחד ל-200 עד 1,000 תגים. הטעויות מצטברות עם כל חלוקה, וכך, לאחר מספר גדול של חלוקות תאיות, עלולה המתילציה של תא זקן להיות משובשת לחלוטין. במובן זה, העברת הזיכרון
האפיגנטי מזכירה משחק "טלפון שבור".
 
טעויות אשר מצטברות בזיכרון האפיגנטי עלולות לתרום לתהליך שבו תאים זקנים לובשים צביון סרטני. את תהליך צבירת השגיאות שהתגלה במחקר אפשר לדַמות במידה מסוימת ל"הסתיידות גנטית": בדומה לירידה בגמישותם ובתיפקודם של מיפרקים מסוידים, עלולה הצטברות הטעויות האפיגנטיות לפגוע בגמישותם של תאים זקנים. גמישות זו נחוצה, לדוגמה, במקרים שבהם תאים נאלצים להתמודד עם מצבים לא מוּכרים, כמו הופעתם של שינויים גנטיים או סביבתיים התורמים להתפתחות סרטן, ומובילים באופן נורמלי להפעלה של תוכנית להשמדה עצמית של התא.
 
גילוי תהליך "הטלפון השבור" עשוי לסייע במלחמה בסרטן. באמצעות דפוס הטעויות האפיגנטיות בתאי הגידול אפשר יהיה לבנות את "עץ המשפחה" של הגידול, וכך לגלות באיזה איבר בגוף הוא נוצר – עובדה שעשויה להשפיע על בחירת הטיפול. יתר על כן, טעויות אפיגנטיות יכולות לשמש כסמנים המסייעים להבחין בין תאים זקנים אך בריאים לבין תאים סרטניים, אשר נוצרו בעקבות מספר רב מאוד של חלוקות, וצברו עקב כך מספר עצום של טעויות.
 
בנוסף, הממצאים מגלים כי גם תאים מאותו סוג, המצויים באותה הרקמה, למשל תאי טחול או כבד מסוימים, נבדלים אלה מאלה בדפוסי המתילציה שלהם. מכיוון שהרבגוניות הזאת עלולה להשפיע על יעילותם של טיפולים שונים, צריך להביא אותה בחשבון כאשר מפתחים בדיקות לאיבחון או תרופות.
 
באותו המחקר גילו המדענים כי להבדיל מתאים בוגרים, תאי גזע עובריים הם בעלי זיכרון אפיגנטי מצוין. למשל, כאשר נשמרים תאי הגזע לאורך זמן במצב הלא-בוגר שלהם, הם שומרים על דפוס מתילציה יציב, וזאת למרות חלוקות רבות ונשנות. כיצד זוכרים תאים אלה טוב כל כך מי הם?
 
התשובה המפתיעה היא, שתאים אלה מתעלמים מהזיכרון שירשו מהוריהם. מדעני המכון הראו, כי בניגוד לתאים בוגרים, תאי גזע עובריים נמנעים מהשפעותיו של ה"טלפון השבור", ואינם סומכים על העברה מדויקת של מידע אפיגנטי. במקום זאת, דפוס תגי המתיל נמחק ונוצר מחדש באופן שוטף בעת החלוקה ובין החלוקות. "מרד הנעורים" של תאי הגזע יוצר שיווי משקל יציב להפליא, ומבטיח שתאים אלו יִצרו וישַמרו מצב אפיגנטי התואם לחלוטין את הצורך שלהם בגמישות מוחלטת, אשר נדרשת לצורך התמיינותם לכל אחד מסוגי התאים בגוף.
 
תגלית זו מסבירה מה מתרחש בתהליך ה"תיכנות מחדש", שבמסגרתו הופכים תאים בוגרים לתאי גזע. המדענים שגילו את האפשרות לבצע את התהליך – המבטיח לספק תאי גזע ללא הגבלה לצורך טיפולים עתידיים – זכו בפרס נובל לרפואה בשנת 2012, אך עד עכשיו לא היה ברור כיצד יכול תא בוגר "להיזכר" פתאום בדפוס המתילציה שלו מזמן היותו תא גזע. המחקר שנערך במכון פתר את התעלומה. התברר, שכאשר מתרחש בתא בוגר תיכנות מחדש, מופעלים מנגנונים אשר מסירים ומוסיפים מחדש את תגי המתיל, כך שמצב הזיכרון האפיגנטי האופייני לתאי גזע עובריים נבנה מחדש במהירות.
 
את המחקר ביצעו פרופ' עמוס תנאי, מהמחלקות למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית ולבקרה ביולוגית, וחברי קבוצתו: זהר שפוני וד"ר זהר מוכמל, שעבדו יחד עם נטע מנדלסון כהן, גלעד לנדן ואלעד חומסקי, בשיתוף עם ד"ר ניר פרידמן מהמחלקה לאימונולוגיה, ד"ר שלומית רייך-זליגר מקבוצתו, ד"ר יעל חגית פריד וד"ר הלנה איינבינדר מהיחידה לשירותים ביולוגיים.
 
פרופ' עמוס תנאי, זהר שפוני וד"ר זהר מוכמל. דפוס זיכרון
מדעי החיים
עברית

מפגשים

עברית
כל תא בגוף האדם הוא עולם ומלואו: מאות מיליונים, אפילו מיליארדים, של מולקולות חלבון המכונסות בתוך חלל מיקרוסקופי. לחלקן יש "עבודות קבועות" במיקומים קבועים בתא, בעוד ששאר המולקולות נעות ממקום למקום; כמה מהן מרכיבות מבנים בעלי עמידות לאורך זמן, ואילו אחרות מיוצרות לשם מטרה מסוימת ומפורקות לאחר שסיימו את תפקידן. כדי לקבל תמונה רחבה יותר של עולם זה, עלינו להבין את החוקים שעל-פיהם פועל "המבנה החברתי" של החלבונים. לדוגמה: האם סוגים מסוימים של חלבונים מאכלסים את התא באופן צפוף יותר מאחרים? היכן החלבונים השונים "הולכים לעבוד"? ועם אילו חלבונים אחרים הם נפגשים, אם כבדרך אגב ואם כחלק משותפות ארוכת-טווח?
 
מחקריו של ד"ר עמנואל לוי, מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע, נועדו למצוא את התשובות לשאלות אלה, באמצעות שיטה שעזר לפתח בתקופת מחקרו הבתר-דוקטוריאלי במעבדה של פרופ' סטיבן מיצ'ניק באוניברסיטת מונטריאול. באמצעות אותה שיטה צפו באחרונה ד"ר לוי ופרופ' מיצ'ניק בתנועתם של חלבונים בכ-4,000 תאי שמרים. ממצאיהם מראים, כי אותן "רשתות חברתיות", בנוסף למפגשים מקריים, ממלאות תפקיד גדול יותר בתא לעומת מה שחשבו בעבר. תוצאות מחקרם הופיעו באחרונה בכתב-העת Cell Reports.
 
השיטה החדשה כרוכה בפיצול של חלבון, אשר נחוץ להישרדות התא, לשני חצאים, וסיפוח כל אחד מהחצאים לחלבון אחר. אחד החלבונים האלה הוא המדווח, והשני הוא המטרה. אם חלבון המטרה מתקרב לחלבון המדווח, שני החצאים של החלבון החצוי יתאחדו, וזן השמרים ישרוד ויתפתח. ככל שרמת חלבוני המטרה בסביבת החלבון המדווח גדולה יותר, כך תהיה התפתחות השמרים טובה יותר. שיטה זו מוצלחת כל כך במדידת רמות החלבונים ואיתורם, עד שהמדענים הצליחו ליצור "מיפקד אוכלוסין" מדויק של מרבית החלבונים שנבדקו. משמעות הדבר היא, אומר ד"ר לוי, שלראשונה אפשר למדוד, בדיוק רב, את ריכוז החלבונים באיזור מסוים של תא חי. מדידה מקומית של ריכוז חלבונים היא אכן פעולה שקשה ואף בלתי-אפשרי להצליח בה בשיטות אחרות, כגון ספקטרומטריה של מאסות, הכרוכה בהריגת התא, או מיקרוסקופיה, שעלולה להיות משימה מפרכת, בהתחשב בקנה-המידה הרחב שבו מדובר.
 
"אם נחשוב על הקמפוס של מכון ויצמן למדע כעל תא, ועל האנשים שעובדים בו כחלבונים, המדווחים בהם אנו משתמשים מסוגלים לבדוק כמה זמן מבלים אנשים מסוימים בבניין כזה או אחר", הוא אומר. הממצאים מראים, כי לחלבונים מנהגים מגוונים ביותר, במידה שהפתיעה את המדענים: בניגוד לעובדים אנושיים ממוצעים, ששעות עבודתם, ברוב המקרים, דומות מאוד, חלק מהחלבונים היו חרוצים פי אלף יותר מאחרים. "בהשאלה, המצב דומה לכך שחלק מהעובדים יבלו דקה אחת במקום עבודתם, בעוד שעובדים אחרים יעבדו ברציפות במשך שבוע שלם", אומר ד"ר לוי. החלבונים הנפוצים ביותר הם גם אלה שסביר ביותר היה למצוא מחוץ למקום עבודתם. אם נחזור למטאפורה של המכון, אם אדם הוא עובד קפטריה קבוע, אך נמצא במקום רק דקה בשבוע, הוא לא ישאיר כל רושם. בניגוד אליו, אדם שעובד במעבדת כימיה, אך מבלה בקפטריה כמה שעות בשבוע, עשוי לרקום קשרים אישיים עם צוות הקפטריה. לעניין זה יש השלכות עמוקות על שכיחות יחסי הגומלין בין החלבונים. ניתוח הנתונים חשף, כי הסיכויים של שני חלבונים להיפגש הם, ראשית לכל, פועל יוצא של מספרם בתא.
 
ממצא זה, בנוסף לממצאים נוספים, מעלה שאלות בסיסיות ביותר ביחס לאופן תיפקודו של התא בפועל. נראה כי האקראיות, שהיא עיקרון בסיסי של האבולוציה, היא חלק בלתי-נפרד ממנגנוני התא. הטבע אינו מפסיק לתקן את עצמו בכל הזדמנות שיש לו, אומר ד"ר לוי, והוא עשוי להעניק משימה חדשה לכלי קיים, באותה מידה שבה ייתכן שיפַתח כלי חדש. לכן, במקום לקבל את ההנחה שעולם התא הוא ממלכה מאורגנת, שבה לכל חלבון יש מקום במבנה הכולל, מחקר זה מציע למדענים להסתכל על עולם התא כעל "רשת חברתית" מבולבלת, בה עשויים המפגשים המקריים של החלבון ברחבי התא לקבוע את התנהגותו.
 
 

אישי

ד"ר עמנואל לוי הצטרף למכון ויצמן למדע בשנת 2012, והקים בו מעבדה רובוטית המיועדת לחקר הפרוטאום. במעבדה זו מגדלים מאות מושבות שמרים על צלחת יחידה, ואפשר להדגיר בה מאות צלחות בעת ובעונה אחת. תוצאות ההדגרה מצולמות ומנותחות באמצעות מחשב. התנסויותיו הראשונות של ד"ר לוי בעבודה עם חלבונים היו במהלך מחקרו הבתר-דוקטוריאלי, בקבוצתו של פרופ' סטיבן מיצ'ניק באוניברסיטת מונטריאול. בלימודיו לתואר ראשון ולתואר שני בעיר מולדתו, פאריס, ובהמשך באוניברסיטת קיימברידג' שבבריטניה, התמקד לוי בצד התיאורטי של חקר חלבונים, ולמד כיצד הם בנויים ואיך הם מתפתחים.
 
לוי, שבזמן ביקורו הקודם בישראל שהה בחופשה בת חודש בקיבוץ, אומר שהתפתה להצטרף למכון לאחר שהוזמן לשאת הרצאה במסגרת המחלקה. "בחרתי להגיע לכאן מפני שזהו המקום הטוב ביותר עבור מדע מהסוג הזה", הוא אומר. ד"ר לוי נשוי למלאני, אותה פגש בקיימברידג', והזוג מצפה לילדם הראשון. מלאני מבצעת מחקר בתר-דוקטוריאלי בדיני בריאות ובביו-אתיקה. בזמנו הפנוי אוהב לוי לבשל ולהלחין מוסיקה אלקטרונית.
 
ד"ר עמנואל לוי. מיפקד אוכלוסין
 
 
ד"ר עמנואל לוי.
כימיה
עברית

על ריח, תוקפנות ואימהוּת

עברית
עכברי המעבדה הם אחד המודלים הנפוצים ביותר של בעלי-החיים המשמשים במחקר ביולוגי ורפואי. אלפי זני עכברי המעבדה הם תוצר של תהליך ברירה מלאכותית אשר ביצעו בני-אדם במשך עשרות דורות. תהליך ביות זה נועד לחזק תכונות שהופכות את העכבר למודל טוב למחקר בתנאי מעבדה, ולהעלים תכונות שאינן תורמות לעבודה בתנאים אלו. כך למשל הופחתו תכונות כמו תוקפנות, רצון ויכולת לברוח בעת סכנה, וכן חרדה מהפרעות סביבתיות, וטופחו תכונות אשר גורמות רבייה מהירה. תהליך ביות זה הביא ליצירת זני עכברים נוחים לעבודת מחקר ומותאמים היטב לחיים ולמחקר בתנאי מעבדה. אולם, בתהליך הברירה המלאכותי אבדו תכונות חשובות מאוד ליכולת ההישרדות של בעלי-החיים בטבע.
 
נוסף על איבוד תכונות התוקפנות, הפחד והנטייה לברוח בעת סכנה, עכברי המעבדה טופחו כך שהנקבות יזדווגו מייד עם כל זכר המופיע בסביבתן, לרבות אחים והורים. כלומר, הן איבדו את תכונת הבררנות, שנועדה במקורה לאפשר להן לבחור את בן הזוג שעל-פי תכונותיו "מבטיח" גנים טובים יותר וסיכויי הישרדות גבוהים יותר לצאצאיהם המשותפים. באותה עת טופחה בהן נכונותן לטפל בגורים זרים (גם אם אינן אמהיות). העכברים שנבחרו לשם המשך טיפוח זני המעבדה מתאפיינים גם בכך, שהם אינם בררנים לגבי המזון המוגש להם, ובהשוואה לעכברי הבר הם גדלים מהר יותר ומגיעים לבגרות מינית מהר יותר. כך נוצרו עכברים שהם גדולים יותר, תוקפניים פחות, מתרבים בגיל צעיר יותר, ואינם בררנים לגבי בחירת בני זוגם. במילים אחרות, מדובר בזן שונה בתכלית מזני העכברים החיים בטבע במיגוון תכונות מבניות, פיסיולוגיות והתנהגותיות.
 
איור: עכברות מהזן החדש, תוקפניות כלפי גורים זרים
ד"ר טלי קמחי, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, הבינה שזני עכברי המעבדה אינם מתאימים לחלק משאלות המחקר שלה, המתמקדות בשורשים הגנטיים והעצביים של התנהגות חברתית, לרבות מנהגי רבייה ואימהוּת (למשל, תוקפנות של אמהוֹת כלפי גורים זרים, ותפקיד חומרי ריח – פרומונים – בבחירת בן זוג וטיפול בצאצאים). לפיכך, היה עליה לפתח זן עכברים ייחודי, ולהחזיר להם את התכונות שניטלו מעכברי המעבדה הרגילים במשך דורות של טיפוח וברירה, תוך שימור האפשרות של שימוש בכלי מעבדה המשמשים בהנדסה גנטית, כמו יצירת זנים מוטנטים (זן שבו מוכנסת, בזמן ההתפתחות, מוטציה גנטית אשר פוגעת בפעילותו של גן מסוים).
בתהליך של הכלאה בין עכבר מעבדה בעל מוטציה גנטית בגן שאחראי לקליטת פרומונים, לבין עכברי בר, שבוצע במשך כעשרה דורות, יצרו חברי קבוצת המחקר של ד"ר קמחי זן עכברים חדש וייחודי, שקיבל בחזרה את כל תכונותיהם של עכברי הבר, בכל האמור בדרכי התנהגות, במבנה הגוף, בהורמונים, בתהליכים ביולוגיים שונים, וכמובן, במטען הגנטי. כך, למשל, זן העכברים החדש החל להפגין שורת תכונות אשר נעלמו בעכברי המעבדה, כמו התנהגויות הקשורות בחרדה ובבריחה בעת סכנה, וכן התנהגות תוקפנית בין נקבות. תכונה חשובה נוספת שהוחזרה לזן החדש קשורה להתנהגות כלפי גורים. עכברות בר נאיביות (שטרם הזדווגו ואינן אמהוֹת) אינן נוהגות לאמץ גורים זרים שנקרו על דרכן; לעומתן, עכברות מעבדה נאיביות מאמצות גורים זרים. נקבות מהזן החדש היו תוקפניות כלפי גורים זרים, וכן בינן לבין עצמן - בדיוק כמו עכברות בר.
 
המודל החדש שנוצר איפשר לד"ר קמחי ולחברי קבוצת המחקר שהיא עומדת בראשה לחקור, לראשונה, את השורשים הביולוגיים של התנהגות תוקפנית בנקבות, אחת כלפי השנייה, ובמיוחד כלפי גורים שאינן שלהן. כך הצליחו לאתר גן מסוים, האחראי ליכולת קליטת פרומונים, ולקבוע שהוא הגורם העיקרי לדחיית גורים זרים, ואף לתוקפנות כלפיהם. אמא, מתברר, יש רק אחת, ואמהוֹת חורגות, בדרך הטבע, יהיו תוקפניות יותר כלפי צאצאים של אחרים. ממצאי מחקר זה, שהתפרסמו בכתב-העת המדעי Nature Communications, מהווים בסיס לפיתוח של זנים נוספים אשר יאפשרו להבין טוב יותר את הבסיס העצבי והגנטי של התנהגות הקשורה לבקרת רבייה בנקבות, ואת ההבדלים בין זכרים ונקבות.
 

ד"ר קמחי מקווה, שממצאי העבודה ומחקרים נוספים שיבואו בעקבותיו יאפשרו, בעתיד, בחינה והבנה מחודשת של המנגנונים הביולוגיים המבקרים חברתיוּת ותהליכי רבייה שעד כה אי-אפשר היה לחקור אותם במודל המקובל של עכברי המעבדה. ייתכן שכך יובן טוב יותר הבסיס למחלות נוירופסיכיאטריות בעלות מרכיב חברתי אשר מתבטאות בדרכים שונות בגברים ובנשים. יֶדע בתחום זה יתרום לשיפור תהליכי פיתוח של תרופות ממוקדות מין (זכר/נקבה), ובעיקר יאפשר בחינה מחודשת של השפעת תרופות מסוימות על נשים.

 
איור: עכברות מהזן החדש, תוקפניות כלפי גורים זרים
מדעי החיים
עברית

מצב הרוח

עברית
הפרעות במצב הרוח, כגון דיכאון, נפוצות מאוד, ולפי נתוני ארגון הבריאות העולמי הן משפיעות על בריאותה של לפחות כעשירית מתושבי העולם. מדענים במקומות שונים בעולם השקיעו מאמצים רבים בניסיונות להבין את התופעה, אבל עד כה הצליחו מדענים להבין רק באופן חלקי את המנגנונים המולקולריים והתאים אשר יוצרים הפרעות אלה.
 
יעילותן של התרופות הקיימות לטיפול בדיכאון אינה מספקת. למעשה, 70%-60% מהחולים אינם מחלימים כתוצאה מטיפול בתרופות אלה, והיתר, 40%-30% מהמטופלים, מדווחים על הקלה חלקית – וזאת רק לאחר פרק זמן ניכר של שימוש בתרופה. מטופלים רבים שנוטלים תרופות אלה אף סובלים מהשפעות לוואי שונות. לכן צריך לפתח תרופות חדשות ומשופרות לטיפול בהפרעות אלה, ולשם כך נחוצה הבנה טובה יותר של הגורמים והתהליכים מחוללי ההפרעות במצב הרוח ובמצב הנפשי בכלל.
 
 פרופ' אלון חן וד"ר אורנה איסלר. מנגנונים מולקולריים
פרופ' אלון חן וד"ר אורנה איסלר, ממכון ויצמן למדע, חקרו באחרונה את המנגנונים המולקולריים של מערכת הסרוטונין במוח, שכן ויסות לא תקין של מערכת זו קשור לדיכאון ולחרדה. פרופ' חן ושותפיו למחקר בחנו את התפקיד שממלאות מולקולות מיקרו אר-אן-אי (מולקולות גנטיות קטנות בעלות תפקיד בבקרת תהליכים תאיים שאינן נושאות מידע לבניית חלבונים) בוויסות פעילותם של תאי עצב אשר מייצרים סרוטונין, והצליחו, לראשונה, לאתר את "טביעת האצבע" הייחודית של מולקולות המיקרו אר-אן-אי בתאי עצב אלה. בטכניקות של ביו-אינפורמטיקה, שאומתו בהמשך בניסוי, זיהו המדענים קשר בין מיקרו אר-אן-אי מסוים, מספר 135, לבין שני חלבונים הממלאים תפקידי מפתח בוויסות ייצור סרוטונין בתאי העצב ופעילותו. ממצאי המחקר התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Neuron.
 
המדענים הבחינו, שרמות מקטע האר-אן-אי (מיקרו אר-אן-אי 135) בתאים אשר מייצרים סרוטונין עלו לאחר נטילת תרופות נוגדות דיכאון. עכברים שהונדסו גנטית כך שייצרו יותר מיקרו אר-אן-אי 135 הראו עמידות בפני לחץ כרוני, ולא פיתחו התנהגויות דמויות-חרדה ודיכאון כמצופה. מנגד, עכברים שהונדסו לבטא רמות נמוכות של מיקרו אר-אן-אי 135 הפגינו רמות גבוהות של התנהגות כמו-חרדתית, והגיבו פחות למתן תרופות נוגדות דיכאון. ממצאים אלה מלמדים, שרמה מתאימה של מיקרו אר-אן-אי 135 במוח חיונית על מנת ליצור תגובה תקינה ללחץ, לבקרה של חרדה ולדיכאון, ותגובה יעילה לתרופות נוגדות דיכאון. בבדיקות שבוצעו בבני-אדם אשר סובלים מדיכאון נמצא, שרמת המיקרו אר-אן-אי 135 בדמם הייתה נמוכה במיוחד. בנוסף לכך, במוחם של מתאבדים נמצאו רמות נמוכות של מולקולה זו. עוד התברר, כי שלושת הגנים המעורבים ביצירת המיקרו אר-אן-אי 135 ממוקמים באזורים גנטיים שקושרו לסיכוי מוגבר ללקות בהפרעת מצב הרוח הדו-קוטבית (מאניה דפרסיה).
 
ממצאים אלה מצביעים על כך, שהמיקרו אר-אן-אי 135 עשוי להיות תרופה מתקדמת לדיכאון, לחרדה ולהפרעות נוספות, וכן כי הוא עשוי להיות "איזור מטרה" שאליו אפשר יהיה לכוון תרופות מתקדמות שיפותחו בעתיד. כן מתברר, שאפשר להשתמש בשינויים ברמות מיקרו אר-אן-אי 135 בדם לשם בדיקת דיכאון ותגובה לטיפול תרופתי. חברת "ידע מחקר ופיתוח בע"מ", המקדמת יישומים תעשייתיים ורפואיים על-בסיס המצאותיהם של מדעני מכון ויצמן למדע, רשמה פטנט על הממצאים האלה, ובאחרונה העניקה לחברת "מיקיור תרפויטיקס" (miCure Therapeutics) רשיון לפיתוח תרופה ושיטת איבחון על-פיהם. החברה מקווה, כי לאחר השלמת מחקר נוסף בבעלי-חיים היא תוכל לפתוח במחקר קליני שבו ייבחנו תרופה ושיטת איבחון ניסיוניות המיועדות לבני-אדם.
 
פרופ' אלון חן עומד בראש המעבדה לנוירו-פסיכיאטריה ניסיונית ונוירו-גנטיקה התנהגותית, המשותפת למכון ויצמן למדע ולחברת מכוני מקס פלנק מגרמניה.
 
 
 פרופ' אלון חן וד"ר אורנה איסלר. מנגנונים מולקולריים
מדעי החיים
עברית

מחיר הסטייק

עברית
 
מימין: אלון שפון, ד"ר רון מילוא ותמר מקוב. מקור המזון
 
 
כיצד משפיע גידול בקר למאכל על הסביבה? מה ההבדל, מבחינת הסביבה, בין גידול בקר לגידול בעלי-חיים אחרים המיועדים למאכל אדם? ד"ר רון מילוא, ותלמידי המחקר אלון שפון ותמר מקוב (כיום באוניברסיטת ייל בארצות הברית), מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם ד"ר גדעון אשל, חוקר מניו-יורק, שאלו בדיוק את השאלה הזאת, שנודעה בציבור כשאלת "המחיר הסביבתי של הסטייק". ממצאי מחקרם רחב-היריעה, הראשון מסוגו בהיקפו, התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית האמריקאית למדעים" (PNAS).
 
בעבר עסקו מחקרים רבים בנושא זה בדרך זו או אחרת, אולם עד כה לא בוצע מחקר בקנה-מידה גדול, המציג תמונה רחבת-יריעה של ההשלכות הסביבתיות של גידול בעלי-חיים למאכל. קבוצת המחקר התמקדה בחמישה מקורות המזון העיקריים בתפריטם של האמריקאים: מוצרי חלב, בשר בקר, עוף, בשר חזיר וביצים. המדענים חישבו את המשאבים הסביבתיים הדרושים לכל יחידה תזונתית שנצרכה – ביחידות של קלוריה או של חלבון. האתגר שעמד בפניהם היה לזהות את הערכים שייצגו את היחס בנאמנות, ויעמדו בבדיקות המדוקדקות ביותר. לדוגמה, רעיית בקר באדמה צחיחה במערב ארצות הברית מחייבת כמות עצומה של שטח, אבל מעט השקיה. לעומת זאת, בקר המרוכז במתחמי האכלה ניזון מתירס, אשר גידולו דורש שטח קטן יותר, אבל כמויות גדולות יותר של מי השקיה ודשן חנקני. המדענים נאלצו להתמודד עם הבדלים אלה, לאסוף את הנתונים אשר משקפים כהלכה את שיטות העבודה העכשוויות, ובאמצעותם לאמוד את "העלות הסביבתית" של כל סוג מזון.
 
המדענים השתמשו בנתונים שמקורם במשרד החקלאות האמריקאי ובמספר גופים וארגונים נוספים. ד"ר מילוא אומר, שמיקום המחקר בארצות הברית היה אידיאלי, מפני שרוב המידע היה מקיף ושלם, ומכיוון שמדינה זו פועלת, פחות או יותר, כ"מערכת סגורה": מההאכלה ועד האכילה, התהליך מתרחש ברובו בגבולות הארץ. למרות זאת, הובאו בחשבון גם נתוני היבוא והיצוא. בחישוב האנרגיה הסביבתית הדרושה לגידול המזון התייחסו המדענים לגודל השטח, להשקיה, לדשן החנקני, ולכמויות גזי החממה אשר שוחררו לאטמוספרה. כל אחד מאלה מייצג עלות סביבתית מורכבת. לדוגמה, השימוש בפיסת אדמה כרוך באובדן המיגוון הביולוגי במָקום, ובחוסר היכולת להשתמש בשטח למטרות אחרות, בעוד שהשימוש בדשן חנקני גורם לזיהום מקורות המים.
 
לאחר שהצליחו לאסוף ולעבד את הנתונים, כולל חישוב העלויות הסביבתיות של שיטות ההאכלה השונות (מרעה, חציר, תירס, או סוגי דגן אחרים), פיתחו המדענים משוואות שהניבו תוצאות המשקפות את העלות הסביבתית לכל קלוריה ולכל חלבון, לגבי כל סוג מזון.
 
החישובים הראו, שהמזון שמחירו הסביבתי הוא הגבוה ביותר הוא בשר הבקר. ההפתעה הגיעה בדמות הפער העצום: בסיכום הכולל, העלות הסביבתית של אכילת בשר בקר גדולה בערך פי 10 מזו של כל מזון אחר המבוסס על בעלי-חיים, כמו עוף או בשר חזיר. גידול בקר מחייב, בממוצע, כמות שטח גדולה פי 28 לשם ייצור המספוא, וכמות השקיה גדולה פי 11 מזו הנדרשת לייצור ביצים או עוף. מעבר לכך, גידול בקר משחרר כמות גדולה פי חמישה של גזי חממה, וצריכת החנקן שלו גדולה גם היא פי חמישה.
 
דירוגם של בשר העוף, החזיר, הביצים ומוצרי החלב היה דומה. מתברר, שחוסר היעילות של הפָּרות, בהשוואה לחיות משק אחרות, מעלה את המחיר הסביבתי של מוצרי החלב במידה משמעותית, כך שלמעשה הוא דומה למחירו הסביבתי של בשר עוף.
 
בהשוואה ראשונית למוצרי מזון מן הצומח (נכללו במחקר אורז, חיטה ותפוחי אדמה) נמצא, שהם יעילים יותר בשימוש במשאבי הטבע ביחס שבין פי 10 לפי 100 לעומת בקר, ופי שניים עד שישה לעומת עוף ומוצרי חלב.
 
ד"ר מילוא סבור, שלמחקר זה עשויות להיות מספר השלכות. ראשית, הוא עשוי לסייע לאנשים פרטיים המעוניינים לקבל החלטות תזונתיות שמתחשבות בהיבטים סביבתיים. בנוסף, הנתונים העולים ממנו עשויים להשפיע על תהליכי קביעת מדיניות בתחומי החקלאות. את הכלים שפותחו במחקר זה אפשר יהיה להרחיב ולשכלל, למשל, כדי להבין את העלות היחסית של תזונה המבוססת על צמחים, או את הבחירות התזונתיות המקובלות במדינות ובתרבויות שונות. בנוסף, מודלים המבוססים על מחקר זה עשויים לסייע לקובעי מדיניות לפעול למען השגת ביטחון תזונתי, תוך שימוש במשאבי הטבע באופן בר-קיימא.
 
 
מימין: אלון שפון, ד"ר רון מילוא ותמר מקוב.
מדעי הסביבה
עברית

עמודים