נהוג לחשוב שסדר מוחלט וחיים אינם עולים בקנה אחד. אבל גם לקביעה הכללית הזאת יש, כמובן, כמה יוצאים מן הכלל. כך, למשל, גילה באחרונה פרופ' אברהם מינסקי מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, כי חיידקים שנקלעים לתנאי מצוקה מצליחים לשרוד הודות לכך שהם מארגנים ו"אורזים" את החומר הגנטי שלהם במבנים מסודרים, "עד יעבור זעם". תגליתו של פרופ' מינסקי מתפרסמת בימים אלה בכתב העת המדעי הבין-לאומי היוקרתי "נייצ'ר" ("מדע").

 

זה זמן רב ידוע, כי חיידקים מצליחים לשרוד תקופות זמניות של חשיפה לתנאי סביבה קיצוניים כגון חום, רעב, חימצון, חשיפה לחומרים קטלניים דוגמת תרופות אנטיביוטיות, טיפולים כימותרפיים וכו'. פרופ' מינסקי וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה עקבו אחר החיידקים, וגילו שבעת שהם נחשפים לתנאים סביבתיים קשים הם מפיקים חלבון ייחודי הקרוי DPS. חלבון זה יוצר, יחד עם החומר הגנטי (די-אן-אי), מבנים מסודרים ויציבים המסוגלים לעמוד ולשרוד בתנאים סביבתיים קשים במיוחד. כאשר תנאי הסביבה חוזרים ונעשים נוחים, משתחררים המבנים הללו והחומר הגנטי חוזר למצבו המשוחרר והלא מסודר.

 

כדי לעקוב אחר דרכי התארגנותו של החומר הגנטי בחיידקים השתמשו המדענים בקרני X ("רנטגן") ובמיקרוסקופ אלקטרונים. בימים אלה הם ממשיכים להפעיל את האמצעים הטכנולוגיים האלה במטרה לפענח את המבנה המרחבי, התלת-ממדי, של המבנים שיוצרות מולקולות החלבון DPS עם החומר הגנטי. עוד הם מבקשים לגלות את זהותו המדויקת של הגורם הראשוני המבחין ומזהה את תנאי המצוקה, ובעקבות זאת "מזעיק" את החיידק ו"מורה" לו להגן על החומר הגנטי שלו באמצעות "אריזתו" במבנה מסודר ו"מהודק", וכן את זהותו של הגורם המזהה את קץ תקופת הסכנה, ה"משדר" לחיידק "אות הרגעה", ו"מורה" לו לפרק את המבנים המסודרים, לשחרר את החומר הגנטי ו"לחזור לחיים רגילים".

 

תגלית זו עשויה ללמד על יכולתם של חיידקים לשרוד תחת "התקפות" של תרופות אנטיביוטיות וטיפולים כימותרפיים, דבר שעשוי - בעתיד - לסייע בפיתוחן של דרכים יעילות למלחמה בחיידקים שפיתחו עמידות כנגד תרופות אנטיביוטיות, או כנגד חומרים תרופתיים אחרים. כיוון מחקר נוסף שבו מתמקדת עתה קבוצת המחקר של פרופ' מינסקי הוא הקשר בין פוריותם של גברים, לבין מידת הסדר והארגון המאפיינת את החומר הגנטי המצוי בתאי הזרע שלהם.

 

חוקרים במכון ויצמן למדע הצליחו להוכיח כי פעילות יתר של האנזים טרנסגלוטאמינז (TGase) היא אחד הגורמים המרכזיים להתחוללותה של מחלת הנטינגטון. ממצאי המחקר התפרסמו באחרונה בכתב העת "רשומות האקדמיה למדעים של ארה"ב" (PNAS). מחלת הנטינגטון היא מחלה תורשתית חסרת מרפא, המתבטאת בניוונם של תאי עצב במוח, ועקב כך בעיוותים חמורים בשרירים, המובילים למוות. ממצאי המחקר הנוכחי של מדעני המכון עשויים לסייע לפיתוח תרופות ודרכי טיפול חדשות במחלה זו.

 

האנזים TGase נוצר בגוף באופן טבעי, ובתנאים רגילים הוא מעורב בתהליכי ריפוי, כגון גדילת עור ו"סגירתם" והחלמתם של פצעים. לפיכך, מדענים רבים הופתעו כאשר פרופ' הווארד גרין (כיום באוניברסיטת הרווארד), העלה בשנת 1993 השערה שלפיה יכולתו של ה- TGase "להדביק" רקמות עשויה להוות - בתנאים מסוימים - מעין חרב פיפיות. גרין טען שה- TGase יכול גם "להדביק" זו לזו מולקולות של חלבון הקרוי הנטינגטין, כך שייווצרו גושים של החלבון הזה, תופעה שכנראה מובילה להתחוללות מחלת הנטינגטון. השערתו המפתיעה של פרופ' גרין הוכחה באחרונה הודות למחקר שביצעו פרופ' לורנס סטיינמן (שבעת ביצוע המחקר היה חבר סגל המחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע, וכיום מכהן באוניברסיטת סטנפורד), ותלמידת המחקר מרסלה קרפוך ממכון ויצמן למדע. מדעני המכון, ששיתפו פעולה עם מדענים נוספים מצאו שבמוחותיהם של אנשים שמתו כתוצאה ממחלת הנטינגטון יש עקבות ברורים לפעילות יתר של האנזים TGase.

 

פרופ' סטיינמן ומרסלה קרפוך החליטו לחפש זיקה בין קיומם של גושי חלבון הנטינגטין בתאי המוח של אנשים שמתו כתוצאה ממחלת הנטינגטון, לבין פעילות יתר של האנזים TGase. מדובר בניסוי ראשון מסוגו: עד כה בוצעו מחקרים מסוג זה בבעלי חיים בלבד.

 

החוקרים הצליחו לגלות עקבות ברורים לפעילות מוגברת של האנזים בתאים שהכילו גושי חלבון הנטינגטין. לעומת זאת, פעילותו של האנזים שנמדדה בתאים אחרים בגוף, שבהם לא נוצרו גושי חלבון הנטינגטין, היתה קטנה בהרבה. החוקרים מקווים שתגלית זו תוביל לפיתוח חומרים תרופתיים חדשים שיבלמו את האנזים TGase, ובכך יאטו או יבלמו את התפתחותה של מחלת הנטינגטון.

 

חברת "ידע", העוסקת בקידום יישומים תעשייתיים על בסיס מחקריהם של מדעני מכון ויצמן למדע, כבר רשמה כמה פטנטים על הדרכים לבלימת פעילותו של האנזים TGase.

 

ניסוי רחב היקף, שנועד לשחזר את השלב הראשון בהיווצרות החומר ביקום, יצא בקרוב לדרכו במעבדה האמריקאית הלאומית ברוקהייבן שבלונג-איילנד, ניו יורק. בניסוי, המכונה "פניקס", משתתפים כארבע מאות פיסיקאים מעשר מדינות, לרבות ישראל, המיוצגת על ידי פרופ' יצחק צרויה מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון ויצמן למדע. פרופ' צרויה וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה תיכננו ובנו גלאי חלקיקים מיוחדים שבאמצעותם מקווים החוקרים לגלות את תצורת החומר שקדמה להיווצרות הפרוטונים והניטרונים.

 

במיליונית השנייה הראשונה לאחר המפץ הגדול עוד לא היו ביקום אטומים של חומרים שונים, כפי שהם מוכרים לנו כיום. למעשה, באותה עת עדיין לא "נולדו" גם הפרוטונים והניטרונים. סילוני החומר הלוהט שהתפשטו לכל עבר בשברירי השנייה הראשונים לקיומו של היקום הכילו תערובת נדירה של קווארקים וגלואונים חופשיים (המכונה "פלסמת קווארק-גלואון"). מאוחר יותר, כשהיקום התקרר מעט והצפיפות בו פחתה, "התארגנו" הקווארקים והגלואונים בשילובים שונים שיצרו חלקיקים מורכבים יותר, דוגמת פרוטונים וניטרונים. מאז, למעשה, לא נראו עוד ביקום קווארקים וגלואונים חופשיים.

 

מדענים שמבקשים לחקור את תכונותיה הפיסיקליות הייחודיות של פלסמת קווארק-גלואון מנסים, איפוא, לשחזר את תערובת החומר הקדומה הזאת באמצעות מאיצי חלקיקים. בניסוי המכונה "צרס", המבוצע במאיץ החלקיקים הגדול של המעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים (CERN),שליד ז'נבה, הצליחו, כנראה, מדעני המכון ועמיתיהם להתקרב במידה רבה, למטרה זו. כדי להגיע למטרה בוודאות, וליצור את תערובת החומר הבראשיתית בכמות מספקת, שתתקיים במשך פרק זמן שיספיק כדי לחקור ולבחון את תכונותיה הפיסיקליות, נבנה מאיץ חלקיקים מיוחד, במעבדה הלאומית ברוקהייבן שבלונג איילנד, ניו יורק. מאיץ מיוחד זה יוצר שתי אלומות של יוני זהב, מאיץ אותן זו כנגד זו, וגורם להתנגשות חזיתית ביניהן. מעוצמת ההתנגשות (כ-40 טריליון אלקטרון-וולט) הופך חלק מאנרגיית התנועה של אלומות יוני הזהב לחום, ואילו חלק אחר של אנרגיית התנועה הופך לחלקיקי חומר שונים - תהליך שמתואר בנוסחת שוויון החומר והאנרגיה המפורסמת של אלברט איינשטיין: E=Mc2. השלב הראשון בהיווצרות החלקיקים החדשים מתוך אנרגיית התנועה של אלומות יוני הזהב, ממש כמו השלב הראשון בהיווצרות החומר במפץ הגדול, אמור להיות שלב קיומה של פלסמת קווארק-גלואון.

 

הגלאים שתיכנן ובנה פרופ' צרויה נועדו לזהות בוודאות את פלסמת הקווארק-גלואון. הם מסוגלים לספק מידע תלת-ממדי בלתי תלוי על מיקומיהם של החלקיקים הניתזים מאזור ההתנגשות, ועל פי כיווניהם, האנרגיה שלהם וזהותם של החלקיקים האלה, אפשר יהיה ללמוד על מצב החומר באזור ההתנגשות. בצוות הפיתוח והייצור של הגלאים הייחודיים האלה השתתפו, בנוסף לפרופ' צרויה, גם פרופ' זאב פרנקל, ד"ר איליה רבינוביץ, החוקר הבתר-דוקטוריאלי וואי סיה (מסין), ותלמידי המחקר אלכסנדר גניינסקי, אלכסנדר מילוב, ואלכסנדר צ'רלין - כולם מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון ויצמן למדע.

 

 

 

 

 

 

התקנים אלקטרוניים הממירים את קרינת השמש לאנרגיה חשמלית היו עשויים להיות הפתרון האידיאלי לניצול אנרגיית השמש, אלא שלרוע המזל התקנים כאלה ניתנים לבנייה מחומרים יקרים מאוד, או לחלופין, מחומרים רב-גבישיים המאורגנים בשכבות דקות, הנהרסים עם הזמן כתוצאה מנזקי הקרינה ומהשחיקה הסביבתית.

 

אחד מהחומרים האלה - נחושת-אינדיום דו-סלניד - ידוע בתכונת ה"סובלנות" שלו. זהו חומר מורכב למדי, אך הוא מסוגל לפעול כראוי גם כאשר יחסי הכמויות בין מרכיביו משתנים. כך אפשר לראות את המבנה שלו כמעטפת קשיחה שהמרכיבים השונים בתוכה עשויים לנוע ולהתערבב זה בזה. מבנה זה של החומר צפוי לגרום אי-יציבות, שתגרום לכך שהחומר יתפרק בקלות ולא יתקיים לאורך זמן. אבל בפועל מתברר שהנחושת-אינדיום דו-סלניד הוא חומר יציב ביותר, המצליח להתקיים גם בתנאים קשים - לרבות אלה שבהם פועלים לוויינים בחלל - במשך זמן ארוך. במשך שנים רבות נחשבה התופעה הזאת לתעלומה שסיקרנה חוקרי חומרים בכל העולם. אבל עכשיו חוקרי מכון ויצמן למדע, בראשותו של פרופ' דוד כאהן מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח, בשיתוף עם ד"ר ליאור קרוניק וחוקרים מצרפת ומגרמניה, גילו את צפונותיו של הנחושת-אינדיום דו-סלניד.

 

אחד מהממצאים שהביא לכך הוא תוצאה מעבודה אחרת שבה מעורבת קבוצת המחקר של פרופ' דוד כאהן. בעבודה זו בחנו המדענים את המבנה של גבישי הנחושת-אינדיום דו-סלניד באמצעות קרינת X ("רנטגן") רבת עוצמה שמקורה בסינכרוטרון (הניסויים בוצעו במתקן הסינכרוטרון של המרכז האירופי בגרנובל, צרפת). מתוך מדידת הקרינה המתפזרת מהגביש למדו החוקרים לדעת, כי האטומים המרכיבים את הנחושת-אינדיום דו-סלניד קשורים זה לזה, בחלק מהמקרים, בקשרים הניתנים לשבירה בקלות יחסית (בין הייתר, כתוצאה מקרינת השמש). כתוצאה מכך משנים אטומי הנחושת שבגביש את מקומם ונעים בתוך הגביש. מדובר בתופעה לא רגילה: אטומים נעים בחומר אלקטרוני דומם. המדענים הופתעו שבעתיים כאשר גילו שבעקבות התנועה הראשונית הזאת נעים אטומי נחושת אחרים ממקומותיהם הקבועים בגביש, "מתוך מטרה" לפצות על חסרונם של אטומי הנחושת שעזבו את מקומותיהם, ו"לחפות עליהם".

 

החוקרים, שדיווחו על התגלית בכנס האירופי לחקר חומרים שהתקיים באחרונה בשטרסבורג, צרפת, אומרים שתופעה זו, שהתגלתה בגבישים הדוממים של הנחושת-אינדיום דו-סלניד, מזכירה במידת מה תופעות המתחוללות במערכות ביולוגיות דינמיות. "עכשיו אנחנו מבינים כיצד תאי שמש העשויים נחושת-אינדיום דו-סלניד מצליחים להתקיים ולפעול ביעילות בתנאי הקרינה והשחיקה הסביבתית הקשה שבחלל החיצון. החומר הזה ניזוק מקרינת השמש, אבל לאחר מכן הוא, פשוט, מרפא את עצמו וחוזר לתפקד כמקודם".

 

תגלית זו עשויה לסייע בתכנונם של חומרים והתקנים אלקטרוניים, לרבות תאי שמש יעילים יותר, למטרות שונות.

 

בעלי חיים ובני אדם יכולים לנדוד בעקבות השמש, לברוח מאזורים מוכי אסונות טבע ולהימלט מטורפים ואויבים. צמחים, לעומת זאת, הם הרבה יותר שורשיים וקשורים לקרקע. העובדה הזאת מאלצת אותם להישאר במקומם ולהתמודד עם קשיים ואסונות.

 

פרופ' אברהם לוי ותלמידת המחקר ורה גורבונובה מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע מאמינים, שההתמודדות המתמדת עם האתגר הזה הביאה ליצירת המגוון הגנטי העצום המאפיין את עולם הצומח.

 

"צמחים מתפתחים מהר יותר מיונקים", מסביר פרופ' לוי. "צמחים מכוסי זרע, למשל, הופיעו על הסולם האבולוציוני 100 מיליון שנה אחרי היונקים. אבל כיום קיימים בעולם לא יותר מ4,000- מיני יונקים, לעומת 200,000 מינים שונים של צמחים מכוסי זרע, והמטען הגנטי שלהם מגוון ביותר. במלים אחרות, הצמחים יוצרים הרבה יותר מוטציות, בקצב גדול יותר, בהשוואה ליונקים". הסטטיסטיקה הזאת אכן מרשימה, והיא הובילה את מדעני מכון ויצמן למסע החיפוש אחר מנגנון יצירת המוטציות הגנטיות בעולם הצומח. ממצאיהם סוכמו באחרונה בכתב העת Trends in Plant Sciences .

 

 מוטציות גנטיות מתחוללות באופן שוטף בכל הצמחים ובעלי החיים, בין הייתר כתוצאה מהשפעותיהם של גורמים סביבתיים כגון קרינה, רעלים, וכן כתוצאה מתהליכים תוך-תאיים שונים. בצמחים קיימים גם "גנים קופצים" המסוגלים "לדלג" ולשנות את מקומם בגנום הצמחי, תוך כדי תהליכי החלוקה וההתרבות של התאים. כל שינוי כזה גורם, למעשה, מוטציה גנטית היכולה להתבטא בשינויים בצבע הפרח, בשינויי מבנה, וכן בהיווצרות תכונות שונות המקנות - או משנות, או מבטלות - יכולת עמידה בתנאים סביבתיים מסוימים. כך, למעשה, מוטציות יכולות לגרום שינויים רצויים, העשויים לסייע בהתאמת תכונותיו של הצמח או בעל החיים לתנאי הסביבה המשתנים, אבל הן יכולות גם לגרום שינויים מאוד לא רצויים, ואפילו כאלה שעלולים לגרום למות הצמח, או בעל החיים.

 

כדי להימנע מהמוטציות הלא רצויות, מפעילים בעלי החיים והצמחים מערכות מיוחדות המתקנות ומשפצות את החומר הגנטי שלהם, ללא הרף. וזו בדיוק הנקודה שבה המשחק נעשה מורכב ועדין במיוחד: מערכות תיקון יעילות מדי ימנעו כמעט לחלוטין את התחוללותן של המוטציות, דבר שיבטיח המשכיות אחידה, אבל באותה מידה יסכל את יכולתם של הצמחים ובעלי החיים להתאים את עצמם לסביבה המשתנה. כדי להבטיח מעבר תקין של החומר הגנטי אל הדורות הבאים, מצד אחד, ולאפשר היווצרות כמות מוגבלת של מוטציות גנטיות, מצד שני, למדו הצמחים ובעלי החיים לאפשר למערכות התיקון שלהם "לשגות" מפעם לפעם. אלא שפרופ' לוי וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה גילו שהצמחים היו במובן זה "סובלניים" יותר מאחיהם בעלי החיים. במלים אחרות, מערכות התיקון של הצמחים הן "רשלניות" מעט יותר מאלה של בעלי החיים, דבר שגורם לכך שקצב היווצרותן של מוטציות גנטיות בצמחים גדול יותר מקצב היווצרותן בבעלי חיים, בשמרים ובחיידקים שונים.

 

ורה גורבונובה: "גילינו שהצמחים פשוט נוטים יותר לאילתורים. במקום לתקן את הרצף הגנטי הם, בהרבה מקרים, מנסים לכתוב אותו מחדש, ובתהליך הזה, בדרך הטבע, נופלות לא מעט שגיאות דפוס".

 

לדוגמה, כאשר גדילי הדי-אן-אי נקרעים, מבקשות מערכות התיקון של הצמח לאחות אותם מחדש באמצעות האנזים די-אן-אי ליגז. אבל במקרים רבים, באזור הקרע אובדות כמה "אותיות" מהרצף הגנטי המקורי. מערכת תיקון "אחראית" היתה צריכה לנסות לשחזר את ה"אותיות" האבודות, אבל פרופ' לוי ועמיתיו גילו שהמערכת הצמחית, במקרים רבים, מסתפקת באיחוי הקצוות תוך התעלמות מהאובדן, דבר שמשמעותו היווצרות מוטציה גנטית.

 

פרופ' לוי: "כידוע, המטען הגנטי אגור בזוגות כרומוזומים זהים, שכל אחד מהם משמש מעין 'גיבוי' לשני. אם, למשל, אובד חלק מהמידע האגור בכרומוזום אחד, יכולה מערכת תיקון 'חכמה' ו'אחראית' לגשת אל הכרומוזום השני, ולהעתיק ממנו את המידע החסר. זה בדיוק מה שעושות מערכות התיקון של השמרים. לעומת זאת, מערכות התיקון של הצמחים טועות לעתים בדרכן, ומעתיקות מידע גנטי מכרומוזום אחר (במקום מכרומוזום ה'גיבוי'). כך מוחדרים לרצף הגנטי מקטעי די-אן-אי ש'הוצאו מהקשרם', דבר שמשמעותו, כמובן, התחוללות מוטציות".

 

במקרה של הצמחים, נראה שהרשלנות משתלמת. היווצרות מהירה יותר של מוטציות גנטיות רבות יותר יוצרת מצב שבו כל רגע נתון מצויות בשטח גרסאות גנטיות רבות יותר המציעות עושר רב של תכונות. כך, ברוב המקרים, מצויים לפחות כמה צמחים מאותו מין המסוגלים להתמודד בהצלחה עם תופעה סביבתית חדשה (מליחות, עודף או מחסור במים, שינויי טמפרטורה, הופעת טפילים גורמי מחלות, וכו'). מדובר, למעשה, בטכניקה של חלוקת סיכונים, תוך התכוננות מתמדת למספר רב של שינויים סביבתיים. בדרך זו מבטיחים הצמחים שברוב המקרים ישרוד לפחות חלק מהמין (אותו חלק שהמוטציה שחלה בו מכשירה אותו במיוחד להתמודד בהצלחה עם סוג מסוים של שינוי).

 

פרופ' לוי אומר, שכדי להתכונן מראש למספר רב של "פורענויות" אפשריות, היו הצמחים מוכנים לספוג את הנזקים שללא ספק נגרמים להם כתוצאה מהתחוללות מהירה ורבה של מוטציות גנטיות מזיקות. הבנה זו עשויה לשמש בסיס לפיתוחן של טכנולוגיות חדשות להחדרת ולהכוונת גנים בתהליכים שונים של הנדסה גנטית בצמחים.