מיקרוסקופ אלקטרונים מאפשר למדענים להתבונן בעצמים קטנים, שמיקרוסקופים רגילים אינם מסוגלים להבחין בהם. אבל לרוע המזל, הכלי המדעי הזה מסוגל לפעול רק בתנאי ריק (ואקום), שבהם המים המצויים בתאים חיים רותחים, דבר שכמובן גורם להרס התאים. כדי להימנע מרתיחת המים נאלצים המדענים לטפל בדוגמאות המיועדות לבחינה באמצעות ציפוי בשכבה דקה מאוד של זהב, או הקפאת בזק באמצעות מתקנים מיוחדים, או המסה בחומרים מייבשים. הבעיה היא, שכל הטיפולים האלה פוגעים בתיפקוד של רקמות ביולוגיות, דבר שמגביל במידה רבה את המידע שאפשר להפיק מבדיקתן במיקרוסקופ אלקטרונים.

 

אבל מצב העניינים הזה משתנה והולך בימים אלה, הודות לשיטה חדשה שפותחה באחרונה בידי צוות של מדענים במכון ויצמן. השיטה החדשה מאפשרת לחוקרים בכל העולם להשתמש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק לצפייה בתאים וברקמות כשהם במצבם הטבעי ה"רטוב". פרופ' אלישע מוזס מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, וד"ר אורי זיק מחברת "קוונטומיקס", פיתחו קפסולה הכוללת חומר פולימרי דק מאוד, המסוגל לעמוד בלחץ הריק, ובה בעת מאפשר מעבר חופשי של אלקטרונים, מבלי להפריע לתהליכי החיים המתחוללים בתאים וברקמות הנצפים. ד"ר זיק אומר, שגילוי החומר החדש נבע ממחקר בתחום אחר לחלוטין, שנועד לבחון שיטות ליישום טכניקות אוטומציה המשמשות בתעשיית המוליכים למחצה.

 

חברת "קוונטומיקס", שהוקמה בשנת 2001, השיקה באחרונה מוצר המתבסס על הטכנולוגיה החדשה. החברה מפתחת יישומים תעשייתיים ורפואיים על בסיס הטכנולוגיה הזאת.

 

חומרים רבים העשויים לשמש בסיס לתרופות חדשות אינם מנוצלים ליישומים רפואיים, מכיוון שהם אינם נשארים בגוף במשך פרק הזמן הדרוש להם לביצוע מלאכתם. מדובר בחלבונים קטנים ובמקטעי חלבונים (פפטידים) שיכולים לפעול ביעילות כנגד גורמי מחלה שונים, אך במקרים רבים, הכליות מפנות אותם מהגוף דקות אחדות לאחר שהם מוחדרים לתוכו, לפני שהם מספיקים לפעול את פעולתם. מצב עניינים זה עשוי להשתנות בעתיד הודות לשיטה חדשה שפיתחו פרופ' יורם שכטר מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, פרופ' מתי פרידקין מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון, ד"ר מרינה מירונצ'יק מהמחלקה לכימיה ביולוגית, וד"ר חיים צוברי משתי המחלקות.

 

השיטה החדשה מבוססת על הגדלה משמעותית של מסת החלבון הפעיל. כמו אדם שהעמיסו עליו משקולות, כך החלבון הכבד יותר נעשה מוגבל בתנועותיו, וכך הכליות כבר לא מפנות אותו במהירות רבה כל כך, דבר שמאפשר לו להישאר במחזור הדם במשך שעות אחדות - פרק זמן שדי בו כדי שיוכל לפעול את פעולתו על גורמי המחלות. לצורך "הכבדת" החלבון מצמידים אליו המדענים שרשרות של חומר הקרוי פוליאתילן גליקול, או, בקיצור PEG. שיטה זו, הקרויה "פגילציה", קיימת כבר למעשה יותר מעשרים שנה, והיא משמשת להכבדת חלבונים כבדים יחסית. אבל, עד כה לא השתמשו בה באופן יעיל להכבדת פפטידים, מכיוון ששרשרות ה- PEG שנדרשו להכבדת הפפטיד חסמו את האתרים הפעילים שלו ומנעו ממנו את יכולתו לפעול כנגד גורמי המחלות.

 

כדי להתגבר על המכשול הזה פיתחו מדעני המכון את השיטה החדשה, הקרויה "פגילציה הפיכה". שיטה זו מבוססת על הצמדת השרשרות המכבידות אל החלבונים והפפטידים באמצעות קשרים כימיים הפיכים הניתקים בעת שהחומר מצוי בזרם הדם. ברגע שהשרשרות ניתקות, מחזיר הדבר לחלבון או לפפטיד את כושרו לפעול את פעילותו הרפואית. כך מתחולל, למעשה, שחרור הדרגתי של החומר התרופתי, דבר שמשמעותו היא שבמשך פרק זמן ארוך יחסית מצויות בדם, באופן רצוף, מספיק מולקולות של הפפטיד (או החלבון), הדרושות לפעילותה של התרופה.

 

כמה חלבונים ופפטידים ש"הוכבדו" בשיטה החדשה כבר הוכיחו את יעילותם בניסויים שבוצעו בבעלי חיים. לדוגמה: הפפטיד EXEDIN4 שטופל בשיטה החדשה והוחדר לגופם של עכברים סוכרתיים (חולי סוכרת), פעל ביעילות במשך שלושה ימים לאחר זריקה אחת. תוצאות מחקר זה פורסמו בכתב העת המדעי JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY) JBC)

 

במחקרים נוספים שביצעו בשיתוף עם פרופ' מנחם רובינשטיין מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, פרופ' גדעון שרייבר וד"ר טל פלג מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון, הצליחו המדענים, שהשתמשו בשיטה החדשה, להאריך במידה רבה את תקופת פעילותו של אינטרפרון אלפא 2 ושל פפטיד העשוי לשמש לטיפול בהשמנה ובמחלות נלוות. תוצאות המחקר באינטרפרון יתפרסמו בקרוב בכתב העת המדעי JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY (JBC).

 

אפשר להניח שאיש מאיתנו לא ניסה מעולם לבשל או לאכול בשר ללא סכין ומזלג. במצב הזה, פחות או יותר, עמדו הקדמונים שחיו במערות, עד שחוסר הנוחות דחף והכריח אותם להמציא ולפתח כלי אוכל ובישול. מובן שאבותינו הקדומים לא השתמשו בסכין ובמזלג באותו אופן שבו אנחנו משתמשים בהם כיום, אבל באותה תקופה גילה האדם הקדמון את אבן הצור - וממנה הצליח ליצור כלים פרימיטיביים ששימשו לציד, לבנייה, ועוד. מאותו רגע שבו התגלו היישומים האפשריים של אבן הצור, היא הפכה לחומר חשוב בעיני אבותינו הקדמונים ולמושא תשוקתם.

 

בפועל התגלה, כי הכנת כלי האבן אינה מלאכה פשוטה. אבן הצור נוטה להיסדק ולהיפגע כאשר היא חשופה לשינויים אטמו- ספריים במזג האוויר . ככל שהידע והמיומנות של אבותינו הקדמונים כיצד לייצר סכין איכותית מחומר הגלם גדלו עם השנים, כך החיפוש אחר חומר גלם איכותי הפך קריטי יותר. אבן צור שנכרתה מעומק האדמה נשמרה טוב יותר מפני שינויי מזג האוויר ולכן התגלתה כאיכותית יותר. יש עדות מוצקה לכך שאנשים שחיו בתקופההפרה- היסטורית כרו אבני צור מתחת לפני השטח אבל אין עדות חותכת או שיטה פשוטה להוכיח כי כלי מסוים שנמצא במערה סותת מאבן צורשמקורה מעל לפני השטח או מתחתיו.

 

מנהלת המעבדה לתיארוך במחלקה למדעי הסביבה ולחקר האנרגיה, ד"ר אליזבטה בוארטו, חקרה באחרונה את השינויים התרבותיים הללו.במסגרת עבודתה השתמשה ד"ר בוארטו בטכניקות מתקדמות מתחום הפיסיקה הגרעינית כדי לקבוע האם דוגמאות אבן הצור שנתגלו במערת טאבון שבכרמל ובמערת קסם שליד ראש-העין נלקחו מעל לפני השטח או מתחתיו.

 

"כאשר הצור (SIO2) נחשף על פני האדמה - הוא מייצר באמצעות יחסי הגומלין בין הקרינה הקוסמית לבין החמצן שבדו-תחמוצת הצורן, איזוטופ בשם בריליום Be10 איזוטופ רדיואקטיבי שזמן מחצית החיים שלו היא 1.6 מיליון שנים", אומרת ד"ר בוארטו. "אם חומר זהה יימצא קבור בעומק שני מטרים מתחת לפני השטח, כי אז תוצאות התהליך הזה יהיו זניחות. ההנחה שלנו הייתה, ששאריות אבן הצור שמצאנו במערות הפרה-היסטוריות, אשר שימשו להכנת ה'סכין', אשר נאספו מעל פני השטח, יהיו בעלות רמות Be10 גבוהות יותר מאשר שאריות מחומר שנכרה מתחת לפני השטח".

 

כדי לענות על השאלה הזאת השתמשו המדענים במאיץ היונים על-שם קופלר, המתנשא מעל לנוף המכון. כך עלה בידיהם לגלות כי שרידי אבן הצור שנלקחו משכבה אחת במערת הטאבון שגילה 350,000 שנה,היו בעלות רמות Be10דומות לאלו שהקדמונים חצבו בעומק של שני מטרים ויותר, בעוד שהשרידים בני אותו גיל שהתגלו במערת קסם, היו בעלי רמות Be10 דומות לממצאים שנתגלו מעל לפני השטח או במחצבות בעומק רדוד. לנוכח הממצאים האלה העלו החוקרים את ההשערה, שיושבי מערת הטאבון היו בררניים יותר בבחירת חומרי הגלם ששמשו אותם להכנת כלי העבודה, לעומת יושבי מערת קסם שנטו יותר לפשרות. ממצאי המחקר הזה רומזים על כך, אך כדי לאשש את ההשערה הזאת יהיה על החוקרים לבחון תרבויות נוספות ולחקור את הכלים עצמם, בנוסף למחקר שבוצע על השרידים שנמצאו בסביבת המערות ומתחת לפני השטח. במחקר זה שיתפה ד"ר בוארטו פעולה עם פרופ' סטיב ויינר מהמחלקה לביולוגיה מבנית, המנהל את מרכז קימל לארכיאולוגיה במכון ויצמן למדע, פרופ' מיכה הס מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון ויצמן למדע, פרופ' מיכאל פאול, והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר ג'יובני ורי מהאוניברסיטה העברית בירושלים, וכן עם פרופ' אבי גופר וד"ר רן ברקאי מאוניברסיטת תל-אביב.

ד"ר אליזבטה בוארטו הגיעה לישראל מפדואה שבאיטליה, במסגרת לימודי הדוקטורט שלה, במטרה להתמחות בפיסיקה באוניברסיטה העברית במעבדתו של פרופ' מיכאל פאול. במסגרת עבודת המחקר שלה היא השתמשה במאיץ היונים על-שם קופלר של מכון ויצמן למדע, כדי לבצע מדידות של רדיואיזוטופים נדירים שנמצאו בליבות קרח מגרנלנד ומאנטארקטיקה. תוך כדי ביצוע אחד מהניסויים היא התיידדה עם דוקטורנט ישראלי. פגישה מקרית זו הובילה לנישואין ולשני ילדים משותפים. כחלק מלימודי הפוסט-דוקטורט עבר הזוג לאוניברסיטת אורהוס שבדנמרק למשך שלוש שנים. לפני שנים אחדות חזרו לישראל, ואליזבטה הצטרפה למכון ויצמן למדע.

 

גורדון מור, אחד ממייסדי "אינטל", מצא שבכל שנה מצליחים המדענים להכפיל את קיבולת המידע בשבבי הסיליקון שבמחשב. זה היה בשנת 1965. התופעה הזאת, שקיבלה את השם "חוק מור", עדיין קיימת, אלא שבשנים האחרונות הקיבולת מוכפלת בערך\ כל 18 חודשים. המהנדסים יכולים כעת לדחוס כ30- מיליון טרנזיסטורים לשבב אחד. אך המדענים יודעים, שמסע המיזעור הזה יגיע בקרוב לגבולות שיציבו לפניו הטבע מצד אחד, ותחשיבי הכדאיות הכלכליים מצד שני.

 

מה שיכול לשנות את פני הדברים הוא שיתוף פעולה בין האלקטרוניקה לטבע. מולקולות אורגניות יוצרות באופן טבעי מבנים בעלי תפקוד מדויק להפליא, כגון הריבוזום, שמתרגם את המסר הגנטי הצפון בדי-אן-אי כדי לבנות על-פיו חלבונים. יתר על כן, המדענים מקווים למצוא דרך לגרום לכך שננו-התקנים המבוססים על מולקולות ביולוגיות יוכלו להתארגן בעצמם, ללא מגע יד אדם. מדעני המכון עשו באחרונה צעד בכיוון זה. הם מיזגו מקטע די-אן-אי עם ננו-צינור עשוי פחמן, ולאחר חמש שנים של מחקר בנו על בסיס השילוב הזה טרנזיסטור שמתארגן בכוחות עצמו ויכול לקיים יחסי גומלין עם מולקולות ביולוגיות.

 

מדובר בתהליך פשוט של הרכבה עצמית בשני שלבים, שמאפשר ליצור בו בזמן מאות טרנזיסטורים, אבני הבניין של תעשיית האלקטרוניקה. אפשר לעצב את הטרנזי- סטורים כך שיכירו מיגוון רחב של הרכבים ביולוגיים - תכונה שיכולה לשמש לבניית מחשבים ומכשירים אלקטרוניים אחרים, אבל גם עשויה לקדם ייצור של חישנים זעירים שיבצעו איבחונים רפואיים שונים בגוף. בשיטה זו אפשר גם - לראשונה - לשנות את תכונות הטרנזיסטור לאחר שהוא מיוצר, דבר שמוזיל במידה ניכרת את השימוש בו.

 

המחקר, אשר פורסם בכתב העת המדעיCHEMICALS PHYSICS LETTERS, בוצע על-ידי קבוצה רב-תחומית, שבראשה עמד הכימאי פרופ' רון נעמן, והשתתפו בה הפיסיקאי ד"רדמיטרי שוורץ, הביוכימאי ד"ר מירון חזני, ותלמידי המחקר דנה פלד, שהיא בעלת הכשרה ביולוגית, וויקטור סידורוב, שהוא בעל רקע בליטוגרפיה וצריבת מעגלים אלקטרוניים במחשבים. המעגל שהכינו מדעני המכון כולל ננו-צינור עשוי פחמן, קטע קצר של די-אן-אי, ומשטח מצופה זהב המחובר לאלקטרודות זהב. התכונה הייחודית של בנייה עצמית מושגת הודות למבנה הסלילי הכפול של הדי-אן-אי, הכולל שני גדילים המחוברים בזוגות של "אותיות גנטיות" (נוקליאוטידים). גדיל אחד מותאם ונקשר לננו-צינור הפחמני, ואילו הקטע התואם שלו מחובר למשטח הזהב. כשמכניסים למערכת את הננו-צינור, הדי- אן-אי הקשור אליו נקשר לגדיל המחובר למשטח הזהב, ובכך נוצר מעגל סגור. התוצאה היא טרנזיסטור שניתן להדליק או לכבות באמצעות זרם חשמלי.

 

מבנה זה עוקף את הקושי הנובע מהעובדה שמולקולות ביולוגיות אינן מעבירות חשמל ביעילות, ומטיל את המלאכה הזאת על הננו-צינורות הפחמניים שהם מוליכים יעילים. ממדיהם של הננו-צינורות האלה קטנים ומתאימים לעבודה עם מולקולות: רוחבם הוא כננומטר אחד (ננומטר הוא מיליונית של מילימטר או בערך אחד חלקי מאה אלף מרוחבה של שערת אדם).

 

בעבר הייתה למעגלים הביולוגיים תפוקה קטנה והם לא החזיקו מעמד הרבה זמן, בין הייתר מכיוון שעיצובם גרם לפירוק מהיר של המולקולות הביולוגיות. אבל המעגל החדש שפיתחו מדעני המכון יכול לפעול במשך חודשים תמימים, ואפשר לייצר אותו בכמויות גדולות. הוא גם מעביר זרם חשמלי פי 100 חזק יותר מההתקנים הקודמים. 

 

כדי לשנות את תכונות הטרנזיסטור לאחר שכבר נוצר, משתמשים המדענים באנזימים המתפקדים כ"עורכים ביולוגיים" אשר חותכים את סלילי הדי-אן-אי בנקודות מסוימות לאורך השרשרת ומוסיפים קטעים חדשים. "צריך להתגבר על מכשולים גדולים לפני שלרשות התעשייה יעמדו טרנזיסטורים הבונים את עצמם, אך החלום הוא ליצור מערכת מתוחכמת שיכולה לחוש, להרגיש ולהגיב", אומר פרופ' נעמן.

כאשר תלמיד המחקר איתי כרמלי הראה את התוצאות שקיבל למנחה שלו, פרופ' רון נעמן מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, אמר לו המנחה לחזור לעבודה. "אמרתי לו שאין פיסיקה כזאת", נזכר בחיוך פרופ' נעמן. "אבל לאחר שנה הוא חזר - עם תוצאות דומות".

 

כרמלי ניסה ליצור שכבות דקות מאוד, חד-מולקולריות, של מולקולות אורגניות על משטח זהב. כשהצליח בכך, הופתע לגלות שהשכבות שלו מתנהגות כמגנט חזק. פרופ' נעמן מסביר, שקיימים סוגים שונים של מגנטים: אלה שעל דלת המקרר, אשר תמיד מתנהגים כמגנטים; אלה שהופכים למגנטים באופן זמני כאשר הם חשופים לשדה מגנטי חזק, כגון מהדקים ומסמרים; וגם מגנטים הניזונים מזרם חשמלי. כמעט לכל אלה יש לפחות מרכיב אחד בעל תכונות מגנטיות. מה שמעניין בסיפור שלנו, זה שבשכבות דקות לא היו שום חומרים מגנטיים.

 

במחקר שהתפרסם באחרונה בכתבי- העת המדעיים, PHYSICAL REVIEWS LETTERS, ו- JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, דיווחו מדעני המכון על ניסויים שביצעו בשכבות חד-מולקולריות העשויות משלושה סוגים של מולקולות אורגניות. למולקולות היה קוטב חיובי וקוטב שלילי, והן היו דחוסות וצמודות זו לזו, כך שהקטבים השליליים פנו למשטח הזהב והקטבים החיוביים פנו החוצה. "וכאן כנראה טמון הסוד", אומר נעמן: "ידוע שמטענים הפוכים נמשכים אחד לשני, ומטענים זהים דוחים אחד את השני, במיוחד כשהם נמצאים קרוב אחד לשני על פני השטח של השכבה. הקבוצה שלנו, שכללה את הפיסיקאי פרופ' זאב וגר ואת מדעני החומרים פרופ' שמעון רייך וד"ר גרגורי לייטוס, סבורה שכוח הדחייה הוא זה שגרם לאלקטרונים לזרום בין משטח הזהב ולנטרל את אחד מהאתרים הטעונים במולקולות, במעין 'ניסיון' לייצב את המערכת. שכבה מאוד דקה זו של אלקטרונים היא זו שמייצרת את זרם החשמלי ויוצרת בכך מגנט". פרופ' וגר: "אנחנו מאמינים שהאלקטרונים מתנהגים כמו בצוות. אלקטרונים בדרך כלל מסתובבים במעגלים קטנים סביב מולקולות בודדות, אך במקרה שלנו ייתכן שהם מסתובבים סביב שטח הכולל מאות אלפי מולקולות שבשכבה, ובכך יוצרים זרם חשמלי אשר הופך את המערכת למגנט חזק. יכול להיות שניתן יהיה להשתמש בשכבות מסוג זה כבמגנטים בדיסקים עתידיים שיהיו בעלי צפיפות גבוהה, ובהתקנים אלקטרוניים מתקדמים אחרים.

ציפורים עושות זאת, גם דבורים, גם לווייתנים, דגי הסלמון, ולפי מחקר חדש, אפילו לובסטרים באיים הקריביים - כל אלה משתמשים בשדה המגנטישל כדור-הארץ כבמצפן ניווט.

 

היו אלה היוונים והסינים הקדומים שגילו את תופעת המגנטיות. הם עשו ניסיונות עם חומרים בסביבתם הטבעית, ומצאו שאבנים נדירות מסוימות, שהם קראו להן "אבנים שואבות", מושכות חתיכות ברזל קטנות. ועוד תכונה "מאגית" נמצאה: שכשתולים אותן על חוט, האבנים האלה מצביעות תמיד לכיוונים צפון-דרום. תוך זמן קצר הן מצאו שימוש חיוני אצל נווטים, מגידי עתידות ובנאים.

 

במאה ה-13 גילה הצרפתי פייר דה מריקור שלמגנטים יש שני קטבים, הצפוני והדרומי. ובמאה ה17- הסיק האנגלי סר ויליאם גילברט שכדור-הארץ עצמו הוא מגנט עצום בעל קוטב צפוני ודרומי, מה שמסביר את פלאי המסלולים של חיות נודדות. במאה ה19- גילה הפיסיקאי הדני הנס קריסטיאן, שזרם חשמלי אשר זורם בחוט יוצר תופעה שקיבלה את השם אלקטרו-מגנטיות. כיום אנו משתמשים באלקטרו-מגנטים במכשירים חשמליים רבים.

שרטוטים של מבני חלבונים עלולים להיראות כמו ציורים חסרי משמעות של פקעות סרטים צבעוניים, או כמו תוצרים של מלאכת-יד ילדותית שנעשתה ביד קלה. אבל האמת היא, שבמקרה של מולקולות חלבוניות, כמו בדוגמאות מוצלחות מעולם הארכיטקטורה, המבנה המרחבי התלת-ממדי מעוצב בהתאם לתיפקוד הנדרש מהחלבון. מולקולה חלבונית היא מעין מחרוזת ארוכה, שכל "חרוז" בה הוא, למעשה, מולקולה של חומצה אמינית. המחרוזת הזאת מתקפלת באופן מוגדר וייחודי היוצר מבנה מרחבי, תלת-ממדי, החיוני לתיפקודו של החלבון.

 

יותר ויותר מהאיורים המפותלים האלה (שלעיתים נראים כיצירות אמנות של ממש), מעטרים באחרונה את עמודי השער של כתבי-עת מדעיים יוקרתיים, המקדישים יותר ויותר מקום לדיווחים על ההתקדמות במדע הפרוטאומיקה (חקר החלבונים). הפרוטאומיקה היא, במידה רבה, שלב ההמשך הטבעי והמתבקש של פרויקט הפיענוח והמיפוי של גנום האדם.

 

פרופ' יואל זוסמן מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן, המכהן כראש המרכז הישראלי לפרוטאומיקה מבנית הפועל במכון: "פרויקט הגנום מיפה את הגנים הצופנים את המידע הדרוש לבנייתם של החלבונים, שהם השחקנים האמיתיים במערכות התקשורת ובמנגנונים המפעילים את התאים החיים, ולפיכך גם את הגוף כולו. השלב הראשון בניסיון להבין את תיפקודו של חלבון, או אנזים מסוים, תלוי ביכולתנו לפענח את המבנה המרחבי, התלת-ממדי שלו, כאשר כל חלבון הוא, למעשה, סיפור בפני עצמו".

 

יותר מ-100,000 חלבונים שונים, בגדלים שונים ובעלי צורות שונות, פועלים בגוף האדם. פיענוח מבנה מרחבי תלת-ממדי של מולקולת חלבון הוא מלאכה לא פשוטה. כאשר סר ג'ון קנדרו ומקס פרוץ קיבלו פרס נובל בשנת 1962 על הפיענוח הראשון של מבני חלבון תלת-ממדיים, הם סיפרו שהשקיעו במאמץ המחקרי הזה לא פחות מ-20 שנה. אפילו היום, מדענים שיוצאים לפענח מבנה מרחבי תלת-ממדי של חלבון מסוים יכולים למצוא את עצמם שקועים בהשגת המטרה הזאת חודשים, ואפילו שנים.

 

למעשה, עד כה הצליחו המדענים בעולם כולו לפענח את המבנים המרחביים של פחות מעשירית החלבונים הקיימים בגוף האדם.

 

אבל מייסדי המרכז הישראלי לפרוטאו-מיקה מבנית הפועל במכון ויצמן למדע, הפרופסורים יואל זוסמן מהמחלקה לביולוגיה מבנית, גדעון שרייבר מהמחלקה לכימיה ביולוגית, ישראל סילמן מהמחלקה לנוירוביולוגיה, ויגאל בורשטיין מהמחלקה לכימיה אורגנית, סבורים שתהליך הפיענוח הזה ניתן לפישוט ולהאצה בהשוואה לדרך שבה נעשה הדבר עד כה. הם מאמינים, ששילוב של צוות מדענים מומחים שייעזרו בטכנולוגיה מתקדמת וברובוטיקה (דבר שיאפשר פעולה מקבילית), יניב סדרה של הצלחות בפיענוח מבנים חלבוניים. המרכז פועל כבר יותר משנה, והוא מטפל בכל שלבי הפקת החלבון, הנעשית בשיטות של הנדסה גנטית, דרך גיבוש החלבון, ועד לפיענוח המבנה המרחבי שלו. בימים אלה מתנהלת במרכז תוכנית להגדלת כמות החלבונים שבהם אפשר יהיה לטפל בעת ובעונה אחת. המרכז מהווה צומת מרכזי ברשת האירופית לפרוטאומיקה מבנית, שמדעני המכון מילאו תפקיד חשוב בהקמתה. מעבדות המרכז מעניקות את שירותיו גם למדענים ממוסדות מחקר אחרים בישראל, וכן לחוקרים מהתעשייה הביוטכנולוגית ותעשיית התרופות.

 

בשנה הראשונה לפעילות המרכז עבדו המדענים החברים בו, במקביל, על 30 חלבונים בעת ובעונה אחת, מספר שהם מתכוונים להעלות לכמה מאות בשנים הבאות. פרופ' זוסמן אומר שהסיבה העיקרית להצלחתם היא הרמה המקצועית של החברים בצוות המעבדה, ד"ר תמר אונגר, ד"ר יואב פלג, ד"ר שירה אלבק וד"ר אורלי דים, הנעזרים במומחה לרובוטיקה רן מגד, שמשפר את תפוקת הרובוטים המשמשים לגיבוש החלבונים. גיבוש החלבון הוא השלב הראשון בתהליך פיענוח מבנה המולקולה. את הגביש מפגיזים החוקרים בקרינת X ("רנטגן"), ועל פי ניתוח נתוני הפיזור האופייני של הקרינה מהגביש הם לומדים על מבנה המולקולות המרכיבות אותו. מדובר בתהליך שמחייב "התאמה אישית" מחדש לכל חלבון. שימוש בשיטות מיוחדות לתפוקה גבוהה עשוי לאפשר בכל זאת ביצוע של מספר תהליכים בעת ובעונה אחת, דבר שיקצר את משך תהליך הפיענוח במידה משמעותית.

 

גילוי הארכיטקטורה של החלבונים, עד לפרטי פרטים של המבנה והעיצוב המרחבי, יעניק למדענים ולרופאים, בעתיד, אפשרות לפתח דרכי טיפול מתקדמות במחלות שונות הנובעות משינויים לא רצויים במבני החלבונים, הגורמים להפחתה או להגברה בלתי-רצויות בפעילותם. מחקרים אלה גם יאפשרו תכנון של תרופות חדשות, שישפיעו על תיפקודם של חלבונים המעורבים במחלות. תרופות מתקדמות כאלה יוכלו, למשל, להיצמד לאתר מסוים במולקולת חלבון, ובכך לעכב את פעילותו. שיטות טיפול עתידיות אחרות יוכלו, אולי, לתקן אתרים פגומים בחלבונים, ובכך להחזירם לפעילות תקינה.