צוות בין-תחומי של חוקרים מהמכון הצליח לזהות - לראשונה בזמן פעילות - מסלול תוך-תאי של תקשורת ביוכימית, הממלא תפקיד מרכזי בתהליכי התפתחות עוברים והתמיינות תאים.

 

בתחילת דרכו מורכב העובר מתא אחד בלבד. כאשר התא הזה מתחלק, מתרבה ומתמיין, העובר גדל ומתפתח. זהו אחד מתהליכי החיים הבסיסיים ביותר, שבלעדיו לא תיתכן התפתחותו של בעל חיים בוגר. אבל כיצד נוצרים ומתפתחים בעובר איברים שונים? כיצד מתא אחד מתפתחות קבוצות שונות של תאים, שמאחת מהן מתפתחים תאי שריר, מהשנייה נוצרים תאי עצב ומהשלישית תאי דם?

 

התהליך שבו תא משנה את מבנהו ואת תפקודו נובע משינויים בתפקוד המערך הגנטי שלו. כידוע, בכל תא מצוי מערך גנטי שלם (גנום), אך לא כל הגנים הכלולים במערך הזה פעילים באותה מידה. גנים ש"מתבטאים" היטב בתא מסוג אחד, יכולים להיות רדומים וחסרי פעילות בתא מסוג אחר. מי קובע אילו גנים יתבטאו (ויגרמו בכך להיווצרות החלבון שאותו הם מקודדים), ואילו גנים לא יפעלו? מתברר שחלק מהתשובה לשאלה הזאת קשור לאיתותים שהתא מקבל מן "העולם החיצון". איתות כזה יכול להיות, למשל, מולקולה של הורמון שהופרש על ידי תאים אחרים, והנקשרת למולקולת קולטן ייחודית המצויה על קרום התא הקולט. ההתקשרות הזאת פותחת, למעשה, מעין תגובת שרשרת ביוכימית, המעבירה את ה"מסר התקשורתי" של מולקולת ההורמון ממולקולה למולקולה, עד שהאחרונה בשרשרת מוסרת את המסר לחומר הגנטי שבגרעין התא, דבר שיכול לגרום, למשל, להתבטאות של גן מסוים.

 

התבטאות הגן גורמת לייצור חלבון שעשוי לשנות את מבנהו ואת תפקודו של התא, ובהמשך גם להתפתחות איבר באורגניזם השלם.

צוות של חוקרים מהמכון הצליח באחרונה לזהות - לראשונה בעת פעילות - מסלול תקשורת המעביר מסרים מפני השטח של התא אל המטען הגנטי שלו, המצוי בגרעינו. בראש צוות המחקר עמד פרופ' בן-ציון שילה, ראש המחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון, והשתתפו בו ד"ר רוני זגר מהמחלקה לחקר ממברנות וביופיסיקה במכון, ותלמידת המחקר לימור גבאי.

 

נקודת המוצא למחקר היתה הידיעה, שהעברת המסר מחוליה לחוליה במסלול התקשורת מבוצעת באמצעות זירחון. כלומר, החוליות השונות במסלול הזה, שהן מולקולות של אנזימים שונים, מעבירות ביניהן את המסר באמצעות הוספה של אטום זרחן למולקולה הבאה בתור אחריהן (תהליך הקרוי זירחון). ד"ר רוני זגר הצליח לפתח נוגדנים ייחודיים, המזהים והנצמדים אך ורק לגירסה המזורחנת של האנזים שמצוי בקצה מסלול התקשורת. במלים אחרות, הנוגדנים האלה איפשרו לחוקרים לזהות מתי והיכן עובר מסר תקשורתי במסלול.

 

בשיטה זו אפשר עכשיו - לראשונה - לעקוב אחר מסרים שונים (למשל הורמונים) המגיעים אל התא מן "העולם החיצון", ולבחון כיצד בדיוק הם משפיעים על התנהגותו ועל התפתחותו של התא.

מחקר זה התבצע בזבובי תסיסנית המחקר ("דרוזופילה"). הגנים האחראיים לבנייתם של השלבים השונים במסלול התקשורת הביוכימית בזבובים אלה, דומים במידה רבה מאוד לגנים המקבילים להם בבעלי חיים מפותחים יותר, וכן למקביליהם בגוף האדם. מדובר במערכת גנטית שנשמרה במשך האבולוציה, דבר שמעיד על חיוניותה לתהליכי חיים בסיסיים ביותר. במלים אחרות, ככל שהדברים נוגעים למסלול התקשורת התוך-תאי הזה, ההבדלים שבין האדם לבעלי חיים שונים, לרבות בעלי חיים ירודים יחסית, אינם כה גדולים. מכיוון שכך, מחקר שמבוצע, למשל, בזבובים, יכול ללמד רבות על עקרונות פעולתה של המערכת בבעלי חיים אחרים ובבני אדם.

 

 

 

מסלול התקשורת הנחקר - שכאמור, הוא משותף לבעלי חיים רבים ושונים, לרבות האדם - מעורב בבקרת התמיינות של תאים וכן בבקרת התרבות של תאים. כאשר פעולתו משתבשת, עלול הדבר להביא להתפתחות גידולים סרטניים.

 

פרופ' מרדכי מילגרום מהמכון הציג באחרונה עדויות חדשות התומכות בהסבר מקורי שהוא מציע לפרדוקס הקשור בקיומם של גלקסיות וצבירי גלקסיות. לכאורה, על פי המדידות המקובלות, גלקסיות, צבירי גלקסיות ומבנים אחרים ביקום, כוללים מאסה (בצורת כוכבים, אבק בינכוכבי וענני גז) בכמות קטנה, שאין בה די ליצירת כבידה בעוצמה הנדרשת כדי להחזיק ולרכז את מצבורי הכוכבים הענקיים האלה בכפיפה אחת, וכדי למנוע את "בריחת" המרכיבים הבודדים לכל עבר.

 

לנוכח התעלומה הזאת מניחים המדענים, שביקום קיים מעין "חומר אפל" שכבידתו משפיעה על התנהגות היקום, אך מכיוון שהוא לא מאיר ולא קורן קרינה כלשהי, איננו יכולים לראותו או למדוד אותו באופן ישיר. לתפיסה זו שותפים כיום מרבית מדעני העולם. אבל פרופ' מילגרום מהמכון מציע תיאוריה מקורית ומהפכנית, שלפיה אין צורך להניח את קיומו של "חומר אפל" כלשהו. הוא מציע לשנות את חוקי הכבידה או התנועה של ניוטון (דבר שכבר נעשה בעבר פעמיים, עם כינונה של תורת היחסות הכללית ועם כינונה של תורת הקוואנטים).

 

כשמכניסים את השינוי שמציע מילגרום ובוחנים מחדש את "התנהגותם" של צבירי הגלקסיות והגלקסיות, מתקבלת תוצאה שלפיה הם "מתנהגים" בדיוק בהתאם למאסת החומר הנראה הכלול בהם. כלומר, אין צורך להניח את קיומו של חומר אפל כלשהו. באחרונה נמצא כי חישוביו של פרופ' מילגרום מביאים לאותה תוצאה גם בצבירי-על, שהם מעין צבירים של צבירי גלקסיות, שהם הגופים הגדולים ביותר הידועים ביקום. ממצא זה מתבסס על מדידות שהתמקדו בצביר דמוי חוט המקשר בין קבוצת "פרסאוס" לקבוצת "דגים". אורכו 150 מיליון שנות אור, הוא מכיל כאלף גלקסיות, ומרחקו מאיתנו כ200- מיליון שנות אור.

 

שיתוף פעולה בין מדענים מתחום הביולוגיה ומתחום חקר החומרים הביא לפיתוחו של מודל מתמטי ייחודי המאפשר לבחון ולגלות תכונות שונות של עצם, שכמעט אי-אפשר לחקור אותן באמצעים אחרים. העצם, שהיא אחד מהמבנים המסקרנים בטבע, מתאפיינת במבנה פנימי היררכי ומורכב, שחלקים רבים ממנו עדיין מהווים תעלומה. להבנת המבנה של העצם יש, כמובן, גם חשיבות רפואית. פרופ' סטיב ויינר מהמכון, החוקר את המבנה הזה, מתמקד באחד הסוגים הנפוצים של עצמות יונקים, המתאפיין במבנה פנימי המבוסס על קבוצות של גלילים קונצנטריים רב-שכבתיים - דמויי בצל - שבמרכזם עובר נים דם.

 

פרופ' ויינר ועמיתיו, פרופ' וולפי טראוב, טלמון ארד והלנה סבנאי, חקרו את המבנה הפנימי של "קליפות הבצל" המיקרוסקופיות בגלילים, וגילו כי החלבון קולאגן והסידן הזרחני המצויים במרווח שביניהן מתארגנים כחומר מרוכב טבעי. חומר מרוכב בנוי משילוב של שני חומרים, שאחד מהם משמש מעין "תבנית" הממולאת בחומר האחר. ידוע כי סיבי הקולאגן יוצרים מעין תבנית שבה שוקע ומתרכז הסידן הזרחני. כך נוצר מבנה רב-שכבתי ייחודי המזכיר עץ לבוד.

 

מחקר נוסף הוביל את המדענים לגילוי, כי אלומות הסיבים הכלולות בו מונחות זו על גבי זו בזווית שמשתנה בכל שכבה בשיעור קבוע של כשלושים מעלות, וכי מבנה כללי זה חוזר על עצמו מדי חמש שכבות של סיבים.

 

המדענים, שביקשו לחקור תכונות נוספות של העצם, נתקלו בקשיים טכניים שבלמו כל ניסיון התקדמות. כדי לעקוף את המכשול הזה, החל פרופ' ויינר לשתף פעולה עם פרופ' דניאל וגנר מהמחלקה ל-חקר חומרים ופני שטח במכון. בכוחות משותפים הצ-ליחו המדענים לבנות מודל מתמטי, שיכול לסייע בהבנת ה-קשר שבין מבנה העצם לבין תכונותיה המכניות הייחודיות.

 

אל ניניו" הוא תופעה אקלימית כאוטית המתבטאת בהתחממות פני האוקיינוס השקט באזור קו המשווה, וגורמת מזג אוויר קשה וחריג במיוחד ברחבי העולם: שטפונות, היעלמות דגה, בצורות קשות, סופות, ועוד. אירועים אלה גורמים סבל רב לאוכלוסיות גדולות מאוד, ומעבר לזה, הם גם גורמים נזקים כבדים מאוד לכלכלתן של הארצות שבהן מתחוללים האירועים. התופעה מתחוללת מדי כשלוש עד שבע שנים בחודש דצמבר ("אל ניניו", בספרדית, משמעו "הילד", שהוא ישו הנוצרי, שאת הולדתו חוגגים בחג המולד). "שאלת מיליארדי הדולארים" במקרה זה היא: מתי, באיזו שנה יתחולל "אל ניניו?" אלא שהאופי הכאוטי של התופעה מקשה מאוד על היכולת לענות על השאלה הזאת. מצב זה הוא אחד מהגורמים העיקריים לנזק, שכן ידיעה מראש על עיתוי התחוללותו של "אל ניניו" היתה מאפשרת להתכונן לקראתו כראוי, דבר שעשוי להקטין במידה משמעותית את הנזק.

 

פרופ' אלי ציפרמן, מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה במכון, הציע בעבר הסבר לאופי הכאוטי של תופעת ה"אל ניניו" באוקיינוס השקט. באחרונה הראה פרופ' ציפרמן, באמצעות מודל מתמטי, כיצד אפשר - עקרונית - לגרום ל"אל ניניו" להתחולל בפרקי זמן קבועים וידועים מראש, ולא באופן כאוטי. השינוי נגרם במודל המתמטי באמצעות סדרה של "דחיפות" תיאורטיות של טמפרטורת פני האוקיינוס בנקודה בודדת במערב האוקיינוס השקט. מחקר זה נדפס בימים אלה בכתב העת המדעי היוקרתי "פיסיקל רוויו לטרס".

 

פרופ' ציפרמן אומר, שעל אף הצלחת ה"השתלטות" על "אל ניניו" באמצעות המודל המתמטי, אין כוונה לבצע את ה"דחיפות" האלה במציאות, או לשנות ולסדר את אופיו הכאוטי של "אל ניניו". ועם זאת, ההבנה שהושגה במחקר זה באשר לאופיה הכאוטי של התופעה, עשויה לסייע בשיפור יכולת החיזוי של המודלים הקיימים לחיזוי התחוללותו של "אל ניניו". שיפור כזה עשוי לאפשר היערכות מתאימה, דבר שיכול להקטין במידה משמעותית את נזקי התופעה.

מידע הוא כח. ואם יש אמת באמירה הנדושה הזאת, הרי שהרבה כוח הופקד בידיו של פרופ' יחיעם פריאות העומד בראש האגף למערכות מידע שהוקם באחרונה במכון. מה הוא מתכוון לעשות בכל הכוח הזה?

 

1. מדוע, בעצם, הוקם האגף למערכות מידע?
השימוש במידע ממוחשב ובמערכות מידע מקוונות - במכון ובעולם כולו - מתפתח בקצב מהיר ביותר. החידושים הקונספטואליים וההתפתחויות הטכנולוגיות רודפים זה את זה, ותוך שנים בודדות נמצא את עצמנו משתמשים במערכות אינטגרטיביות, הכוללות בתוכן את רוב הפונקציות שמופיעות כיום בנפרד במכשירים שונים כגון מחשב, טלפון, טלויזיה, או פקס. גם הפרסום המדעי עובר מהפכה מהירה ביותר. כמה כתבי עת מדעיים מופיעים כבר עכשיו בגרסה אלקטרונית, ונראה שתוך שנים לא רבות, כל הספריות ומאגרי המידע ילבשו צורה חדשה. השילוב בין טכנולוגיות התקשורת והמיחשוב יוצר צורך לניהול משותף של המערכות המתמזגות. האגף החדש אחראי על פעילויות אלה, ויספק את שירותי המיחשוב והתיקשוב הנחוצים לעבודה המדעית.

 

בשלב זה בנוי האגף משלוש מחלקות: מרכז החישובים, מחלקת עיבוד נתונים (המטפלת במערכות הממחושבות בתחום המינהל), ומחלקת מחשבי המעבדה. בעתיד, לפי הצורך והתנאים, ייתכנו שינויים ושילובים נוספים. כמו כן בהקמתו ובניהולו של אתר המכון באינטרנט.

 

2. כיצד ישיפיעו השינויים הטכנולוגיים והאחרים על אופי השירותים שמגיש מרכז החישובים?
מרכז החישובים תיפקד במשך שנים רבות כ"ספק" של כוח חישוב וכמפעיל של מחשבי המעבדה. לנוכח ההתפתחויות, משתנה באחרונה מוקד פעילותו של המרכז, והוא נדרש לספק בעיקר שירותי תקשורת ממוחשבים, או כפי שהם נקראים כיום - שירותי תיקשוב. אין משמעות הדבר שאנחנו מפסיקים להעניק שירותי מיחשוב או לספק כוח חישוב, ואנחנו אפילו מחזקים מאוד את תחום ה- HIGH COMPUTING PERFORMANCE, אבל אין ספק שמרכז הפעילות מוסט בהדרגה על פי הצרכים לכיוון של אספקת שירותי תיקשוב.

 

3. האם אפשר לחזות אילו ענפי מדע יהיו הצרכנים העיקריים של משאבי מיחשוב ותיקשוב בשנים הקרובות?
עד לפני שנים לא רבות, הפיסיקאים והכימאים היו הצרכנים העיקריים של משאבי המיחשוב. בהדרגה, ההבחנה בין תחומי המחקר הופכת לפחות משמעותית, ונוצרות דרישות חדשות מתחומים אשר עד לאחרונה כמעט לא השתמשו במחשבים.

 

כך, למשל, כיום יש שימוש נרחב במידע ממוחשב בתחומים שונים של מדעי החיים, בתחום החדש הקרוי ביואינפורמטיקה, בפרוייקט פיענוח ומיפוי הגנום האנושי, ובפרוייקטים אחרים הקשורים למאגרי מידע על מבנה חלבונים ומולקולות אחרות.

 

4.מה מצב תשתית התקשורת במכון?
התשתית הקיימת מבוססת על סיבים אופטיים, והיא עוברת תהליך מתמיד של שיפורים. בקרוב תושלם הקמת "עמוד השדרה" התקשורתי במכון, המבוסס על פרוטוקול התקשורת המתקדמת ATM, ועם השלמת "עמוד השדרה" הזה יחוברו אליו כל המחשבים העיקריים במכון, וקצב התקשורת הפנימית יואץ ויתוגבר. יחד עם זאת, חשוב לציין שכיום צוואר הבקבוק אינו בתקשורת בתוך המכון ואפילו לא בתקשורת בתוך הארץ, אלא בתקושרת בין הארץ לבין העולם הרחב. קצת התרחבות הרשת אינו עומד בקצב גידול הדרישות, ולצערי בתחום זה איני איש בשורות. קצב גידול הדרישות יימשך, ויש גם לצפות שעם הגידול בשימוש בקווי התקשורת יגדלו גם העלויות הכרוכות בשימוש מוגבר זה.

 

5. האם תוכלו לספק פתרונות מלאים למשתמשים המדעיים והמנהליים במכון?
כדאי שכולנו נתחיל להתרגל לעובדה שבתחומי המיחשוב אין - ולא יהיו - פתרונות מושלמים. תחום התיקשוב הוא כל כך דינמי, וההתפתחויות בו הן כה מהירות, עד שכל ניסיון להדביק את החידושים המתמידים ולספק פתרונות הוא, במידה רבה, מאבק סיזיפי. עלינו להתאמץ ולרוץ מהר, לא כדי להתקדם, אלא אך ורק כדי להימנע מפיגור. בנוסף, המעבר מסביבת מחשב מרכזי לסביבה מבוזרת היה מהפכה משמעותית ביותר, כאשר לכל משתמש החופש המוחלט לבחור את סביבת המיחשוב שלו, אבל יחד עם זאת הוא דורש ומצפה (ובצדק) לקבל עזרה מהגוף המרכזי האחראי למערכות המיחשוב במכון. אנשי האגף ממשיכים ללמוד ולהתעדכן ואני מאוד מקווה שבעתיד הלא רחוק יורגשו בשטח המאמצים הרבים המושקעים על ידי כל אנשי האגף בניסיון המתמיד לשפר את השירות.