סיפור חייהם של תאי גזע הדם עשוי לפרנס רומן היסטורי עב כרס ורב תהפוכות. אבל מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע מאפשר עכשיו לחזותו במודל דינמי, מעין "סרט קולנוע" המתאר את ה"סיפור" הזה.הוויכוח הנצחי האם הספר טוב מהסרט, או להיפך, מוכרע כאן באופן חד-משמעי לטובת אמנות הקולנוע, או שמא נאמר, למען הדיוק, אמנות הקולנוע הממוחשב.

 

כל 15 דקות נכנס תא גזע אחד מלשד העצם לבלוטת ההרת (תימוס), שם הוא ועמיתיו עוברים תקופת אימונים מפרכת, שהמעטים מביניהם אשר מצליחים לשרוד בה מתפתחים והופכים בסוף מסלול ההכשרה לתאי T, לוחמי היחידות המיוחדות של המערכת החיסונית. במסגרת מסלול ההכשרה המפרך עוברים התאים הטירונים באונת משנה (אחת מבין כ30- אונות המשנה הקיימות בבלוטת ההרת). בכל אונת משנה כזאת עובר התא בין כמה תחנות, שבכל אחת מהן הוא מבצע תהליך כלשהו, שבסופו הוא מכשיר את עצמו לשלב הבא במסע ההכשרה. לא מדובר בתהליך פשוט. אם התא הטירון ייגש לתחנה הלא נכונה - הוא ימות. אם ידלג על תחנה - הוא ימות. אם יגיע לתחנה הנכונה אבל לא יבצע בה את התהליך הנכון, או שיקבל אות גירוי חזק מדי - הוא ימות. מכל אלה אפשר להבין, שצריך הרבה מאוד תכנון מדויק, מזל, או כישרון (או שלושתם יחד) כדי לצלוח את מסע החתחתים הזה ולהגיע לסופו בשלום. ואכן, מתברר שרק 3% מתאי גזע הדם הנכנסים לבלוטת ההרת יוצאים ממנה כתאי T בשלים של המערכת החיסונית. כל השאר (97%) אינם שורדים.

 

מהו סוד הישרדותם של התאים שמצליחים להשלים את מסלול ההכשרה המפרך? האם אפשר למצוא דרך לחשב מראש את סיכויי ההישרדות של תאים מסוימים? נראה שהגורמים שיכולים ליצור את ההבדל שבין חיים למוות הם רבים מאוד; לדוגמה, שינוי קטן במספרם של קולטנים מסוימים המוצגים על קרום התא, שיעור ההתבטאות של חלבון זה או אחר, ועוד. מכיוון שמספרם של הקולטנים והתאים גדול מאוד, ומספר השילובים ביניהם גדול הרבה יותר, מדובר במערכת גדולה מאוד ומורכבת ביותר, שאין כל אפשרות מעשית לחשב את כל אפשרויות הפעולה של כל מרכיביה.

 

כדי להתגבר על הבעיה הזאת חבר פרופ' ירון כהן מהמחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע לפרופ' דוד הראל, דיקן הפקולטה למתמטיקה ומדעי המחשב במכון. יחד עם תלמיד המחקר המשותף שלהם, סול עפרוני, עלה בידיהם לבנות מודל דינמי ייחודי המחשב ומתאר את תהליך ההכשרה של תאי ה- T בבלוטת ההרת באופן דינמי, ומציג אותו אמצעות אנימציה. במילים אחרות, הם לקחו תסריט והפכו אותו לסרט קולנוע. למעשה, המודל יכול לשלב קטעי אנימציה שונים, בסדר שונה, ובכך ליצור גרסאות רבות ושונות של תהליך. כך יכולים החוקרים לבחון את תהליך מהיבטים ונים, ולהבחין בתופעות שנראות היטב בגרסת "סיפור" אחת, אך אינן נראות בגרסאות אחרות.

המודל נבנה בשיטה ייחודית לתיאור חזותי של התנהגותן של מערכות תגובתיות גדולות בעלות חלקים רבים - כגון מערכות מצויות במטוסים, בכלי רכב, במכשירי טלפון סלולריים, וכן במערכות ביולוגיות. שיטה זו, הקרויה "תרשימי מיצוב" (statecharts), פותחה על-ידי פרופ' דוד הראל לפני כ20- שנה במטרה להקל על פיתוח מערכות ממוחשבות מורכבות. הרעיון שעומד בבסיס השיטה הוא הצגת כל אפשרויות הפעולה והמעברים שביניהן בדיאגרמות מובנות והיררכיות, הן גם מדויקות מבחינה מתמטית וגם ברורות ואינטואיטיביות. אותן יכולות של שיטת תרשימי המיצוב יושמו במחקר נוכחי באמצעות כלי תוכנה הקרוי "רפסודי", שנבנה בשנות ה90- בשיתוף בין פרופ' הראל לחברת I-Logix. במחקר הנוכחי ולבה טכנולוגיית תרשימי המיצוב עם טכנולוגיית האנימציה "פלאש", דבר שאיפשר למדענים לתאר את תהליך חישוב שמבצע המודל באופן גראפי דינמי. החוקרים יצרו הרבה קטעי סרטים קצרים מאוד, שמהם מרכיב המחשב - אמצעות תרשימי המיצוב - בכל פעם סיפור עלילתי שונה.

 

תוך כדי צפייה בתצוגות האנימציה האלטרנטיביות שיצרו הופתעו מדענים לגלות כמה תופעות שלא היו ידועות עד כה.למשל, מתברר שהתאים העוברים את מסלול ההכשרה בבלוטת הרת מתחרים זה בזה ומפריעים למתחריהם לבצע את התהליכים החיוניים להשלמת מסלול ההכשרה. במחשבה לאחר מעשה, התופעה הזאת נראית כמעט מובנת מאליה, אנושית מאוד, טבעית מאוד. אבל עובדה היא, שאיש לא יאר לעצמו שאלה הם פני הדברים עד שהמודל הדינמי המחיש אותם באופן שאינו משתמע לשתי פנים.

 

כדי לבחון את ידת חשיבותה של התחרות בין התאים לתהליך עצמו ביצעו המדענים - באמצעות המודל הדינמי - ניסוי שבמסגרתו פחיתו את רמת התחרות בין התאים. התוצאה: כל המבנה של בלוטת ההרת התעוות והיא חדלה מהתפקוד הרגיל שלה. מילים אחרות: התחרות שבין התאים היא תופעה חיונית ובסיסית שבלעדיה לא יכול להתחולל תהליך ההכשרה של אי ה- T. באמצעות המודל הדינמי הכניסו המדענים שינויים שונים בתנאים שבהם מתחולל התהליך, ובחנו את השפעתם ל השינויים האלה על תהליך ההתמיינות של התאים השורדים, אשר הופכים לאחד משני סוגים של תאי T הממלאים פקידים שונים במערכת, ונושאים על קרומיהם קולטנים שונים המאפשרים להם לבצע את תפקידיהם. במודל נוצרו אי T מסוג מסוים בכמות כפולה מזו של תאי T אחרים, בדיוק כפי שאכן קורה במציאות. התאמה זו שבין המודל למציאות הווה הוכחה נוספת לתקפותו של המודל וליכולתו לצפות תהליכים שטרם נצפו בפועל. כאן אולי המקום להזכיר, המודל מתאר את מסלולי פעולותיהם של 10,000 תאים המצויים באחת מ30- אונות המשנה של בלוטת ההרת. מציאות מכילה בלוטת ההרת מאות מיליוני תאים.

 

המדענים אומרים שיכולתו של המודל לתאר את התנהגות המערכת ברמת דיוק טובה תאפשר לביולוגים ניסיונאים לבחון באמצעותו תיאוריות שונות באשר לדרכי הפעולה של המערכת החיסונית, ואז לבחור מבין התיאוריות השונות את זו שמתאימה ביותר למציאות. גילוי ומיפוי מאפיינים ששולטים בתהליך ההכשרה של תאי ה- T עשויים להוביל לפיתוח דרכים שאולי יאפשרו בעתיד לעצב את תגובות הרצויות של המערכת החיסונית, בשאיפה לבלום מחלות אוטואימוניות ולהחליש את הדחייה שהגוף מפעיל נגד איברים מושתלים.

 

 

 

 

 

 

 

 

ארץ קטנה עם שפם

חצי סיכה בין סעודיה לים

קליפת בננה על מפת העולם

 

מלים: מאיר גולדברג

לחן וביצוע: קורין אלאל

 

חוש המישוש שלנו פועל ללא הרף, ועינינו זזות במהירות לכיוונים שונים גם כאשר מבטנו ממוקד באובייקט קבוע כלשהו. כיצד משפיעות התנועות האלה על החושים? מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן מציע כיוון אפשרי לתשובה לשאלה מורכבת זו.

 

האינטואיציה אומרת לנו, ש"חישה פעילה" אמורה לספק למוח מידע שונה לחלוטין  בהשוואה לזה שמתקבל ב"חישה סבילה" (למשל, מישוש המתבצע ללא תנועה של האצבעות). אבל בכל זאת, רוב הניסויים  המתבצעים כיום במעבדה במטרה לחקור את הקלט החושי המגיע למוח מתבססים על אותות המגיעים מאיברי חישה שאינם  בתנועה, כלומר, על חישה סבילה. פרופ' אהוד אחישר, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, מקווה שחקר הקלט  החושי המגיע אל המוח מאיברי חישה המצויים בתנועה יסייע לנו בהבנה טובה יותר של חושינו, ויאפשר פיתוח של עזרים  יעילים יותר לחירשים ולעיוורים.

 

שערות השפם של חולדות הרוטטות ללא הרף משמשות להן כלי יעיל לגישוש ולאיתור עצמים המצויים בקרבתן. פרופ' אחישר,  ד"ר קנאריק באגדאסאריאן, ותלמיד המחקר מרצ'ין שווד חוקרים את תנועותיהן של שערות השפם האלה כדי ללמוד על התפקיד שממלאת התנועה של איבר החישה בגיבוש תפיסת המרחב של בעל-החיים. 

 

המדענים תיעדו את התשדורות של תאי העצב המעבירים את המידע שמלקטות השערות הרוטטות של השפם אל המוח.  בדרך זו עלה בידם לבחון את הקידוד העצבי של המידע החושי שנאסף על-ידי השערות האלה. המדענים הבחינו בשני סוגים של  תאי עצב. התאים מהסוג הראשון כונו "נוירוני נפנוף". תאים אלה מגיבים לתנועת הנפנוף בלבד, ללא קשר למגע. התאים  מהסוג השני, שהמדענים כינו בשם "נוירוני מגע", מעבירים למוח מידע על עצמים המצויים בשטח. חלק מהתאים האלה  מגיבים מיד ברגע המגע; אחרים מעבירים מידע על מגע ממושך בעצם כלשהו (ייתכן שאותות אלה קשורים למבנה ולמרקם של השטח); וקבוצה שלישית של נוירונים מעבירה אותות במשך זמן קצר רק כאשר שערות השפם מנתקות מגע עם העצם.

 

בהמשך בחנו החוקרים את הדרך שבה תאי העצב האלה מקודדים את מיקומו של חפץ במרחב, וגילו שצירי המרחב השונים  (אנכי, אופקי חזיתי, ואופקי ניצב) מקודדים באמצעות משתנים עצביים שונים: סידור מרחבי של תאי העצב, זמן פעולתם, ועוצמת פעולתם. תגליות אלה, שפורסמו בכתב העת המדעי Neuron, מצביעות על כך שהתפיסה החושית אינה נובעת מסדרה פשוטה של אירועי גירוי-תגובה שבהם איברי החישה ממתינים בשקט לגירויים. למעשה, נראה שהיא דומה יותר לתהליך דגימה דינמי שבו הידיים, העיניים, שערות שפם, וייתכן שאיברי חישה נוספים, נעים ללא הרף  במטרה לאסוף ולהעביר למוח מידע מקיף על הסביבה.

 

 

החוקים הפיסיקלים הבסיסיים, החיוניים

להבנה כללית של הכימיה, ידועים לנו

במלואם, אבל ניסיון ליישם את החוקים

האלה באופן מדויק ייתקל במשוואות כל כך

מסובכות, עד שאיננו מסוגלים לפותרן.

פול א. מ. דיראק, 1929.

 

 

דיראק, שזכה בשנת 1933 בפרס נובל לפיסיקה יחד עם ארווין שרדינגר, התייחס בציטוט המובא למעלה למשוואה הבסיסית של תורת הקוואנטים, הקרויה על שם מחברה, משוואת שרדינגר. משוואה זו מתארת, למשל, את המערך הדינמי של יחסי הגומלין בין גרעיני אטומים ואלקטרונים המרכיבים מולקולה. מי שמצליח לפתור את המשוואה הזאת, הכוללת את כל הגרעינים והאטומים שבמולקולה מסוימת, מוצא את המפתח לקבלת כל התכונות המאפיינות את המולקולה הזאת. משוואת שרדינגר ניתנת לפיתרון אנליטי ("באמצעות עיפרון ונייר"), אך ורק כשהיא מתייחסת למערכות פשוטות מאוד, כגון אטום המימן. עם ההתקדמות הנמשכת בתחום המיחשוב, אפשר למצוא פתרונות מספריים למשוואה זו גם כשהיא מתייחסת למערכות גדלות והולכות.

 

"למרות זאת", אומר פרופ' גרשום (יאן) מרטין המחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, "אמירתו של דיראק עדיין נכונה היום כפי שהייתה בעת שנאמרה. קח למשל מולקולה פשוטה כמו חנקן, המהווה כ-97%מהאטמוספירה של כדור-הארץ. כדי לפתור את משוואת שרדינגר המתייחסת למולקולה זו, אפילו ללא התייחסות לאלקטרונים המצויים בשכבות הפנימיות של האטומים, נחוצות אלפי שנות עבודה של המחשבים המתקדמים ביותר העומדים לרשותנו כיום".מצב העניינים הזה גורם לכך, שמדענים המנסים לחזות תוצאות של ניסויים שונים, באמצעות מערכות ממוחשבות, מחפשים קיצורי דרך שיובילו לתוצאות מקורבות אך שימושיות. פרופ' מרטין וקבוצת המחקר שלו משתמשים למטרה זו בשתי משפחות של תיאוריות. ראשונה מביניהן, שפותחה בקבוצתו של מרטין במכון ויצמן למדע, המבוססת על שלוש שיטות חישוב הקרויות(W1 W2 W3)כאשר ה- W מסמן את השם Weizmann, משכה תשומת לב רבה בקהילה העולמית של הכימאים החישוביים, בזכות יעילותה ודיוקה הרב. תיאוריה זו ניתנת לתיאור כעוגה בעלת מספר שכבות. שכבת הבסיס מייצגת את מערכת יחסי הגומלין שבין אלקטרונים בודדים לבין השדה הממוצע של שאר האלקטרונים. השכבה שמעליה ייצגת את יחסי הגומלין בין זוגות אלקטרונים. השכבה שמעליה מייצגת את מערכת יחסי הגומלין שבין שלישיות אלק-טרונים, הבאה מתארת יחסי גומלין בין רביעיות אלקטרונים, וכן הלאה. בכל שכבה יש יותר מערכות של יחסי גומלין (אינטר-אקציות) בהשוואה לשכבה שמתחתיה. אולם התרומה של כל שכבה לאנרגיה (ולשאר התכונות) של המולקולה הולכת ופוחתת ככל שהשכבה "עליונה" יותר. לפיכך, ככל ש"עולים" ומתמקדים בשכבה עליונה יותר, פשר להיעזר בקירובים יותר גסים.

 

השיטה הקרויה W3 מסוגלת לבצע את החישוב של משוואת שרדינגר על מולקולת נקן תוך שלוש שעות בלבד, ברמת דיוק של עשירית האחוז (לאנרגיית הקשר). שיטות ה- W של מרטין שייכות למשפחת שיטות הנקראת "אב איניציו"ab initio משמע, הן נובעות "מעקרונות ראשוניים". כלומר, שיטות אלה אינן תלויות באף ממצא של ניסוי מדעי למעט קבועי יסוד פיסיקליים כגון מהירות האור, מסת האלקטרון ומטענו, ועוד. היקף החישובים הנדרש ליישומן של שיטות אלה עולה באופן חד עם גודל המערכת, אך בקצב עלייה המותיר מספר רב של ולקולות בטווח יכולת החישוב הקיימת בידינו כיום.

 

כדי לחשב את משוואת שרדינגר בעבור מולקולות גדולות יותר, כמו, לדוגמה, מולקולות של זרז (קטליזטור) המייעל תגובה כימית בין שתי מולקולות אחרות, משתמש פרופ' מרטין בשיטות חישוב מסוג תורת פונקציונל הצפיפות (DFT). תיאוריות אלה לא מתארות כל אלקטרון בנפרד, אלא בוחנות ת הצפיפות האלקטרונית הכוללת של המולקולה כפונקציה של המרחב. חישוב משוואת שרדינגר בעבור מולקולות גדולות למדי ניתן לביצוע בשיטה זו, תוך השקעה של משאבי חישוב בירים. עם זאת, השימוש בשיטה מעלה קשיים חדשים הנובעים מחוסר היכולת שלנו לדעת את הנוסחה המתמטית שמתארת את גורם ההשפעה הקוואנטית שבין כל אלקטרון במערכת לבין כל שאר האלקטרונים באותה מערכת. בהעדר הידיעה הזאת משתמשים פרופ' מרטין וחבריו במידע ובנתונים שמתקבלים כתוצאה מניסויים מדעיים, או שהם נובעים חישובים המבוצעים בשיטות W.

 

הקבוצה של פרופ' מרטין עובדת בשיתוף פעולה הדוק עם קבוצות של מספר מדענים ניסיונאים במכון ויצמן, המתמקדות בעיקר בשאלות של קטליזה מולקולרית; למשל, כאשר ניסיונאים מגלים חומר היכול לזרז תגובה כימית מסוימת החשובה בתעשייה, ומנגנון הפעולה של הזרז אינו ידוע. במקרה כזה, הכימאים החישוביים יכולים להושיט יד ולסייע בחקירת המנגנון. הם יכולים לעקוב אחר השלבים השונים בפעולתו של הזרז בדרך בטוחה וזולה יחסית, דבר שעשוי לאפשר, בהמשך, תכנון וביצוע של שיפורים שונים בתיפקוד הזרז.

 

פרופ' מרטין בחר להיות כימאי, כפי שהוא אומר בחיוך, מפני שלא הצליח להחליט בין רפואה ופיסיקה. כימיה נראתה לו כמוצא ביניים הגיוני. הוא התחיל לעסוק בכימיה חישובית, הן בשל העובדה שיסודותיו של שדה המחקר הזה נעוצים בתחום הפיסיקה, והן משום שהתחום היה אז בחיתוליו והציע כר נרחב למדענים צעירים שביקשו לבטא את עצמם. תרומותיו המדעיות של רופ' מרטין כבר זכו להכרה רחבה, ובראש רשימת הפרסים שהוענקו לו עומדת מדליית דיראק היוקרתית (לשנת 2004). ההתאחדות העולמית של הכימאים החישוביים מעניקה את המדליה הזאת לכימאי החישובי הבולט בעולם, מתחת לגיל 40.

שלושה מרקעי מחשב מונחים על שולחנו העמוס של פרופ' מרטין במשרדו במכון ויצמן למדע, תמונה המעלה מיד את סטריאוטיפ הנפוץ של המדען שמתרכז בעבודתו בלבד ומתרחק מ"החיים האמיתיים". אבל מבט אקראי בעמוד הבית של אתר האינטרנט שלו מגלה תמונה אחרת. בין הקישוריות באתר (שמספרן עולה על 150), מצויים אתרים על יהדות וישראל, ועל מוסיקה - כל דבר מיוהן סבסטיאן באך ועד להקת "תיאטרון החלום'' ("מוצאת חן באוזני מוסיקה שאינה מובנת מאליה", הוא אומר). קישוריות לדוגמה: אתר המוקדש לצ'רלי פרקר, חברת הסקפטים, מרכז רבין ללימודי ארץ ישראל, לוח זמנים של "אגד", שולחן העזר של מערכת ההפעלה יוניקס, מילוני סלנג בשפות שונות, ''הארייט'', צבה בת 173 שהיא התושבת המבוגרת ביותר בכדור-הארץ.

 

פרופ' מרטין רואה את עצמו "ישראלי ממקור בלגי", והוא אחד מקבוצה שהולכת ונעלמת של יהודים לא-אורתודוקסים שעולים לארץ בגלל אמונה ברעיון הציוני. לא מפתיע, שהיסטוריה היא אחד מהנושאים שמרתקים אותו. ''לדור שמתעלם מההיסטוריה אין עבר ואין עתיד'', הוא צטט את רוברט היינליין, אחד מסופרי המדע הבדיוני האהובים עליו. פרופ' מרטין, זה כבר ברור, מתעניין בהיסטוריה ושואף לעצב את העתיד

 

 

תאי עצב הם יישויות מופלאות. מגוף התא הם מגדלים מספר שלוחות דמויות עץ (דנדריטים), ושלוחה אחת מיוחדת, הקרויה אקסון, שאורכה עשוי להגיע לכמטר אחד. האקסון הוא הכלי העיקרי המאפשר לתא להעביר מסרים. כך, למעשה, משמשים האקסונים כקווי התקשורת העצבית של הגוף. לרוע המזל, קווי התקשורת העצביים עלולים היקרע, להתנתק ולצאת מכלל פעולה כתוצאה מפגיעה, ממש כמו חוטי החשמל וקווי הטלפון שעלולים להתנתק בליל סערה. מדעני מכון ויצמן חשפו באחרונה חלק מהמנגנון שמאפשר לתאים במערכת העצבים ההיקפית להתחדש לאחר פגיעה, תקן ולהחזיר לפעולה תקינה את האקסונים הפגועים (מערכת העצבים ההיקפית כוללת את כל העצבים בגוף, למעט המוח ועמוד השדרה, המהווים, יחד, את מערכת העצבים המרכזית). המנגנון שהתגלה יכול לתרום, למשל, ליכולתו של הגוף לחדש את תחושת המישוש לאחר פגיעה. המדענים מקווים שהבנת דרך ההתחדשות של תאי מערכת העצבים ההיקפית תסייע בגילוי דרך לחידוש ולהחזרה פעולה תקינה גם של תאים פגועים במערכת העצבים המרכזית (כידוע, תאים אלה אינם מסוגלים להתחדש לאחר שהאקסונים שלהם נקטעים).

 

ד"ר מיכאל פיינזילבר ותלמידי המחקר שלומית הנץ וערן פרלסון, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, דיווחו באחרונה, במאמר שהתפרסם בכתב העת המדעי Neuron, כי גילו שחלבון מיוחד, הקרוי אימפורטין-בטא, שבדרך כלל מצוי בקרבת גרעין התא, ומסייע לחלבונים שונים לחדור לתוך גרעין התא, מיוצר גם באקסונים פגועים, בקרבה "חשודה" למקום הפגיעה. באקסון הפגוע, אימפורטין-בטא מתחבר לחלבונים אחרים, ועולה יחד אתם על "קטר"מולקולרי שמסיע את חבורת החלבונים לאורך האקסון, אל גוף התא, ועד לתוך גרעין התא. בשלב זה, חלבונים שנקשרו אל אימפורטין-בטא מפעילים גנים מסוימים שפעילותם והיווצרות החלבונים שהם מקודדים מובילות לריפוי התא. המדענים מצאו, שהפרעה לתהליך שחשפו מונעת את התחדשות התא.

באופן רגיל, אימפורטין-בטא שוכן הרחק מהאקסון, ליד הגרעין של תא העצב. שם הוא מהווה מעין "מפתח" שמאפשר למולקולות שונות להיכנס לתוך הגרעין. מדעני המכון שיערו שאקסון פגוע צריך, בדרך כלשהי, להודיע לגרעין התא על הפגיעה, כדי שגנים מתאימים יתחילו לפעול ולייצר את החלבונים החיוניים לתהליך הריפוי. השערה זו הובילה אותם להשערה נוספת, שלפיה החלבון אימפורטין-בטא, שהוא ה"מפתח" החיוני להחדרת מולקולות הדיווח אל גרעין התא, עשוי להיות מיוצר -יחד עם מולקולות הדיווח עצמן - באקסונים פגועים. הם גילו שחלבון האחות של אימפורטין-בטא, הקרוי אימפורטין-אלפא, מצוי באופן רגיל באקסונים. בתהליך החיפוש הם גילו שאימפורטין-בטא לא נמצא באקסונים בזמנים רגילים, אך מיד לאחר פגיעה הוא מיוצר בהם בכמויות גדולות.

 

תצפיות נוספות הראו, שלאחר היווצרותו באקסון הפגוע, אימפורטין-בטא נקשר לחלבון האחות שלו, אימפורטין-לפא, ושניהם נקשרים לחלבונים נוספים המהווים את המסר על הפגיעה באקסון (זהותם המדויקת של החלבונים המדווחים אלה עדיין אינה ידועה). החבורה כולה מתחברת ל"קטר" חלבוני הקרוי דינאין, שנוסע על גבי "מסילות" של סיבי השלד התאי אשר מובילות מהאקסון עד לגרעין התא. בשלב זה, הודות ל"מפתח", אימפורטין-בטא, מצליחה החבורה כולה לחדור מבעד לקרום הגרעין, ולהגיע עד למקום האיכסון של החומר הגנטי.

השלב הבא במחקר יהיה, כמובן, ניסיון לחשוף את זהותם המדויקת של החלבונים המדווחים לגרעין על הנזק שנגרם לאקסון, וזיהוי הגנים ששיפעולם מכוון את תהליך ההתחדשות של תאי העצב. המדענים מקווים שחשיפת החלבונים והגנים האלה תסייע גם בקידום מחקרים שנועדו למצוא דרך להביא להחלמה של סיבי עצב פגועים במערכת העצבים המרכזית.  תא עצב מאזור ההיפוקמפוס בתרבית. הצבע הצהוב ממפה את מיקומהם של החלבונים
 

 

 

 

בכל יום מתחלקים בגופנו מיליארדי תאים. כך נוצרים תאים חדשים ורעננים המיועדים למלא את מקומם של התאים שנשחקו והגיעו לסוף מסלול חייהם. בתהליך חלוקת התאים מועתק החומר הגנטי, די-אן-אי, שלהם אל התאים החדשים הנוצרים. תהליך ההעתקה הזה מבוצע על-ידי אנזימים מסוג פולימרז, שהם,  למעשה, מעין מכונות שיכפול משוכללות המותאמות במיוחד לשיכפול די-אן-אי. מדעני מכון ויצמן גילו באחרונה, שאנזימי הפולימרז מסוגלים לפתור בעיות וקשיים בתהליך ההעתקה בדרך של אילתור.  ממצאים אלה - שהתפרסמו בכתב העת המדע Proceedings National Academy of sciences-  -PNASעשויים לסייע בהבנת מחלות הנובעות מבעיות בהעתקת הדי- אן-אי, ובהן סוגים מסוימים של מחלות  סרטניות.

 

אנזימי הפולימרז המשכפלים די-אן-אי "רוכבים" על גדילי מולקולת הדי-אן-אי ו"נוסעים" לאורכה, כשהם "קוראים" את  המידע הגנטי ויוצרים לפיו גדילים גנטיים זהים. בדרך זו נשמרת המשכיות קיומו של המטען הגנטי שלנו, העובר מדור לדור. הבעיות מתחילות כשהדי-אן-אי נפגע (למשל, בשל גורמים כמו עישון, קרינה, או תהליכים שגויים המתחוללים בגוף). אמנם, בגופנו קיימים אנזימים מיוחדים שמתקנים את הנזקים הנגרמים לדי-אן-אי, אך חלק מהפגמים חומקים מאנזימי התיקון, כך שאנזימי  הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי נאלצים להתמודד אתם בזמן אמיתי, בעת שיכפול החומר הגנטי בתהליך חלוקת התא.

פרופ' צבי ליבנה, ראש המחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, שעבד עם תלמידת המחקר איילת מאור-שושני, בחן עם קבוצת המחקר שלו את מידת יכולתם של אנזימי הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי להתמודד עם נזקים הנגרמים לחומר הגנטי. המדענים חתכו גדיל די-אן-אי בחיידק ( E.coli) ושילבו בו חומר זר לחלוטין, הדומה לאחד ממרכיבי הנפט. בשלב זה עקבו אחר אנזים די-אן-אי פולימרז שהחל לשכפל אתהמקטע הגנטי הפגום. כשהגיע לחומר הזר נעצר האנזים המשכפל, כצפוי, אבל  בשלב זה הופתעו המדענים לגלות שאנזים פולימרז משכפל די-אן-אי מסוג אחר הופיע לפתע במקום, נחלץ לעזרתו של האנזים  התקוע, והמשיך את פעולת ההעתקה.  למעשה, ההפתעה גדלה עוד יותר כשהתבררשהאנזים "ממלא המקום" לא מעתיק מידע גנטי, אלא יוצר מידע חדש בדרך של אילתור: מול הקטע שמכיל חומר זר, שאינו מכיל כל מידע גנטי, האנזים בוחר למקם "אותיות" גנטיות באופן אקראי. במובן מסוים, האנזים פועל בדומה לאדם ששוכח כמה מילים בשיר, וממציא, בזמן אמיתי, מילים חדשות כדי שיוכל להמשיך לשיר. 

 

במקרים אחרים נמצא שאנזימי הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי מדלגים מעל לחומר הזר או חותכים אותו החוצה, כך שהם יכולים להמשיך את מסע השיכפול שלהם.  "ממצאים אלה מראים את היכולת המדהימה של התא להתגבר על תקלות ולהתחלק בתהליך שהוא חיוני להמשכיות החיים",  אומר פרופ' ליבנה. "באותה עת הם גם מעוררים תקווה שגוף האדם יכול למצוא בתוכו את הכוחות הדרושים כדי להתגבר עלתקלות חמורות שבהן חומרים זרים יחדרו לתוך המטען הגנטי שלנו".

 

תהליך האילתור הזה של אנזימי הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי עלול, כמובן, ליצור מוטציות בתאים החדשים.  "אבל", מסביר פרופ' ליבנה, "במקרים רבים הגוף מעדיף לקבל תא המכיל מוטציה מסוימת, העשוי לפעול במידה סבירה של יעילות. גישה דקדקנית מדי עלולה להוביל למותם של תאים רבים מדי, דבר שהגוף בוודאי לא יכול להרשות לעצמו". פשרנות מסוימת, מתברר, היא תכונה חיונית  להמשך החיים לא רק בעולם הגדול, אלא גם בעולמם המיקרוסקופי של מולקולות ותאים.