בית החלומות של רבים מאיתנו ניצב על שפת הים כמשבי הבריזה חולפים מבעד לחלונות. מעטים יחסית זוכים להגשים את החלום הזה, אבל בכל זאת, רוב ניכר של אוכלוסיית העולם מצטופף באזורי החוף ומשתמש במאגרי מי התהום הסמוכים לים לשתייה, להשקיה ולרחצה. הצריכה המוגברת של מי התהום המתוקים באיכות גבוהה היא אחת הבעיות המורכבות בתחום מדעי הסביבה. מומחים צופים שבשנת 2025  תגדל צריכת המים לחקלאות ב-20%, לתעשייה ב-50%, ואילו הצריכה הפרטית צפויה לעלות בשיעור של 80%. תחזיות אל מציבות אתגרים מדעיים וטכנולוגיים מורכבים בכל הקשור להבטחת אספקה שוטפת של מים ראויים לשימוש.

 

מי התהום המתוקים נאגרים בעומק הקרקע בשכבות הקרויות "אקוויפרים", המורכבות מסלעים נקבוביים, או שכבות חול, המתפקדים כמעין ספוג. חלק משמעותי ממאגרי המים האלה מצוי באזורי החוף, שבהם, כאמור, מצטופפת רוב אוכלוסיית העולם. במאגרים אלה מצוי מי התהום בשיווי משקל עם מי הים, כך שבדרך כלל מי הים אינם חודרים למאגרי המים המתוקים. אבל, שאיבת יתר מהבארות, למילוי צרכיה של אוכלוסייה צפופה, עלולה לשנות את מצב העניינים הזה. כאשר שואבים כמויות גדולות מדי של מים מתוקים, עלולים המים המלוחים להישאב אל החלל שנוצר, וכך הםעלולים לחדור למערכת מי התהום. בלוס אנג'לס, במישור החוף של ישראל ובאזורים המאוכלסים בצפיפות בדרום אסיה, מתמקדים מדענים רבים בניסיונות למצוא דרכים להגנה יעילה על מאגרי מי התהום המתוקים. קבוצת חוקרים, בראשות פרופ' בריאן ברקוביץ מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה במכון ויצמן למדע, הראתה באחרונה, שמלבד הסכנה של חדירת מים מלוחים למי התהום, אורבות למאגרים התת-קרקעיים של נוזל החיים סכנות נוספות.

 

במשך שנים רבות סברו רוב המדענים שמלבד המלח, שום מזהמים אורגניים המצויים במי הים לא חודרים למי התהום. הסברה הזאת נבעה מכמה הנחות יסוד ותיקות. הראשונה מביניהן אומרת, שמכיוון שחומרים אורגניים מזהמים אינם מומסים בקלות במי ים, הם יצופו על פני המים, כמו כתם שמן, או ישקעו לקרקעית הים. לפיכך, מי הים ישאירו את החומרים האלה מאחור בעת שהם חודרים אל החללים הקטנים במערכת התת-קרקעית של מי התהום המתוקים. ההנחה השנייה אומרת, שגם חומרים אורגניים שמתמוססים במי הים לא יחדרו בדרך זו אל מי התהום המתוקים (לכן האמינו חוקרים רבים שחומרים אורגניים שנמצאו במי התהום הגיעו לשם בדרך קרקעית, כלומר, בזיהום יבשתי).

 

אבל פרופ' בריאן ברקוביץ וחברי קבוצת המחקר שלו העמידו את התפיסה הזאת בספק. בסדרת ניסויים שביצעו הראו המדענים, שמזהמים אורגניים מסוגלים לעבור ממי הים המלוחים אל מאגרי מי התהום המתוקים. מתברר, שההפרש בריכוז המלח בין מי הים למים המתוקים פועל כמעין משאבה טבעית המעבירה חומרים שונים מגוף מים אחד לשני. חברי קבוצת המחקר שביצעו את הניסויים האלה הם החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר ישי דרור, ד"ר ברונו ירון שעבד בעבר במרכז המחקר החקלאי על-שם וולקני, ותלמידת המחקר טל אמיתי מהמחלקה למדעי הסביבה ולחקר האנרגיה של מכון ויצמן למדע.

 

בשלב הראשון הראו החוקרים, שעל אף העובדה שהמזהמים מתמוססים במי ים במידה פחותה, בכל זאת הם מגיעים לריכוז גבוה בהשוואה למה שהיה ידוע עד כה. המדענים גילו, שפעילות הערבוב המתמדת המתבצעת כתוצאה מתנועת הגלים יכולה לגרום להיווצרות תערובת של טיפות זעירות של מזהמים אורגניים במים. תערובת כזאת עשויה לפעול בדרך דומה לזו של תמיסה אמיתית. עובדה זו מאפשרת למזהמים לחדור עם המים המלוחים לחללים הקטנים של הסלע הנקבובי, או של שכבת החול שבהם נשמר מאגר מי התהום המתוקים.

 

בסדרת ניסויים שנייה בחנו המדענים את ההנחה שלפיה מתחולל מעבר של חומרים אורגניים ממי הים המלוחים אל מי התהום המתוקים דרך אזור המגע שבין שני גופי המים האלה. המדענים הציבו שתי מערכות ניסוי, שכל אחת מהן הייתה בנויה ממכל זכוכית בעל שני תאים המופרדים באמצעות מכשול של חול. במערכת הראשונה מילאו תא אחד במים מתוקים נקיים, ואילו התא השני הכיל תערובת של מי מלח בתוספת קוקטייל של חמישה חומרים (מזהמים אורגניים המצויים בפסולת תעשייתית). במערכת הניסוי השנייה הושמו בתא הראשון מים מתוקים נקיים, ובתא השני מים מתוקים מזוהמים.

 

כעבור זמן מה, שבו עמדו המערכות האלה ללא הפרעה, נבדקה תכולת המים הנקיים בשתי המערכות. נמצא, שבמערכת שבה, מצדה השני של שכבת החול, היו מי מלח מזוהמים, עברה כמות גדולה של מזהמים אל תא המים המתוקים. במערכת השנייה, שבה גם המים המזוהמים היו מתוקים, עברה לתא המים הנקיים כמות קטנה בהרבה של מזהמים.

 

לתגלית הזאת עשויות להיות השלכות חשובות על הסכנות הפוטנציאליות למאגרים של מי שתייה, אך פרופ' ברקוביץ מזהיר שאלה הם ממצאים ראשוניים בלבד, שהופקו בניסויים שבוצעו במעבדה. להערכתו, תידרש שנה של הכנות לפני שהמדענים יחלו לחפש הוכחות להתפשטות של מזהמים אל תוך מאגרי מים אמיתיים.

 

 

תופעת הקטנת שיעור המסיסות עם העלייה בריכוז המלח התגלתה לראשונה בשנת 1889, אך פרופ' ברקוביץ אומר שמעולם לא השתמשו בה כדי לבדוק את יחסי הגומלין בין מי מלח למים מתוקים. תופעה זו מתבטאת בכך שמולקולות המלח מתארגנות יחד עם מולקולות המים במבנה שכמעט לא מותיר מקום למולקולות של החומרים המזהמים. תכונה זו של מי המלח דוחפת את הטיפות הזעירות של החומר המזהם אל מחוץ למי המלח, אל המים המתוקים, שהם נוחים יותר לקלוט את החומר הזר.

 

ספחת (פסוריאסיס) היא מחלת עור כרונית חשוכת מרפא התוקפת כ -4.5 מיליון בני-אדם בארה"ב ו-5.7 מיליון בני-אדם באירופה. כ-10% מהחולים במחלה זו מפתחים גם דלקת פרקים כרונית המכונה דלקת פרקים פסוריאטית. בניסויים קליניים, שבהם נבחנה תרופה ניסיונית המבוססת על תגלית של פרופ' דוד ולך מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, נמצא שמצבם של הסובלים ממחלות אלה השתפר באופן משמעותי. לא היו לתרופה השפעות לוואי. ממצאים אלה תוארו בהודעה לעיתונות של חברת "סרונו", המייצרת את התרופה על-פי רישיון מחברת "ידע" של מכון ויצמן למדע, באמצעות החברה-הבת שלה בישראל, "אינטרפרם". "אינטרפרם", החוגגת השנה 25 שנים להיווסדה, הוקמה על-ידי "סרונו" במטרה לפתח ולייצר תרופות על בסיס תגליות של מדעני מכון ויצמן.

 

התרופה, הקרויה אונרספט, או 1 -TBP, שיפרה במידה ניכרת את מצב החולים לפי מדד (PASI (Psoriasis Area and Severity Index מקובל בעולם למדידת האפקטיביות של תרופות בתחום זה. לאחר טיפול של 12 שבועות חל שיפור של לפחות 57% לפי מדד PASI במצבם של 54% מהחולים שטופלו בתרופה. שיפור במידה כזו נצפה רק אצל 12% מהחולים שקיבלו תרופת דמה ("פלסיבו"). במשך תקופה זו חוו המטופלים בתרופה שיפור ניכר באיכות החיים, בהתבסס על המדדים הסטנדרטים בתחום זה(SF-36) 36 SHORT FORM ו-  (DLQI(Dermatology Life quality Index

 

"סרונו" מתכננת להתחיל את השלב השלישי בניסויים הקליניים בתרופה במשך השנה.

 

התרופה מעכבת את פעילותו של חלבון הקרוי ( TNF (Tumor Necrosis Factor, המיוצר על-ידי המערכת החיסונית בתגובה לדלקת או לפגיעה ברקמות הגוף. במספר מחלות דלקתיות, החלבון הזה מיוצר בכמויות גדולות מדי, דבר שגורם להרס רקמות בריאות בגוף. בחיפושיה אחר גורמים טבעיים שיוכלו לבלום את ה- TNF, הצליחה קבוצת חוקרים ממכון ויצמן למדע, בראשות פרופ' דוד ולך מהמחלקה לכימיה ביולוגית, לבדד שני חלבונים המסוגלים להיצמד ל- TNF באופן ייחודי בררני, ובכך לבלום את פעילותו. אחד מהם, הנקרא TBP1, מהווה את הבסיס לתרופה הנבדקת כיום על-ידי "סרונו". החלבון השני, TBP2, הוא הבסיס לתרופה בשם ) Enbrel המיוצרת בהיקף רחב על-ידי חברתAmagen, ומשמשת לטיפול בדלקת פרקים שגרונית. נוגדנים נגד TNF , שנוצרו לראשונה במעבדתו של פרופ' ולך במכון ויצמן למדע, משווקים על-ידי מספר חברות (כמו .Centocor Inc. שמכינה את הנוגדנים כתרופה בשם Remicade)) לטיפול בדלקת פרקים שגרונית, וכן לטיפול בדלקות מעיים, מחלת קרון וקוליטיס.

 

 

שליטה בפעילותם של חלבוני NF-kB יכולה לעזור לרפא מחלות אוטו-אימוניות כגון דלקת פרקים שגרונית, זאבת, וכן ספחת ודלקות מעי כרוניות דוגמת מחלת קרון

 

מתג מולקולרי ייחודי שולט, כנראה, בתהליכי דלקת, תגובות של המערכת החיסונית, התפתחות גידולים סרטניים ותהליכי מוות של תאים. מסקנה מפתיעה זו עולה ממחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע ומכון פסטר שבפאריס. ממצאי המחקר התפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי "נייצ'ר".

 

המתג שהתגלה הוא הגן הקרוי CYLD כשהמתג הזה מופעל, הוא מבטל שינוי כימי מסוים החיוני לשיגור אותות התקשורת אשר נשלחים לקבוצת חלבונים חשובה הקרויה NF-kB. חלבונים אלה שולטים בתגובות חיסוניות, בתהליכי דלקת, בהתפתחות סרטן ובמות תאים. במילים אחרות, הפעלת המתג המולקולרי CYLD גורמת להפחתת עוצמתם של אותות התקשורת הנשלחים לעבר קבוצת חלבונים זו, דבר שמפחית את פעילותם בתא. מכיוון שעודף פעילות של חלבוני NF-kB. יכול להוביל להרבה מחלות והפרעות בריאותיות, גילוי של מתג אשר מרסן פעילות זו יכול לסייע בפיתוח שיטות טיפול חדשות בתופעות אלה.

 

שיטות טיפול חדשות אלה עשויות להתבסס על החלשה או על כיבוי מוחלט של אותות התקשורת הנשלחים לחלבונים מקבוצת NF-kB.. שליטה בפעילותם של חלבוני NF-kB. המיוצרים בתא, יכולה לעזור לרפא מחלות אוטו-אימוניות כגון דלקת פרקים שגרונית, זאבת, וכן ספחת, דלקות מעי כרוניות דוגמת מחלת קרון ואחרות. הפחתת עוצמת התקשורת עשויה, אולי, לסייע באותה דרך גם בבלימת סוגים מסוימים של סרטן. החלבונים מקבוצת NF-kBתורמים ליצירת סוגים מסוימים של סרטן בכך שהם ממריצים את גדילת התאים ומונעים מוות מתוכנת, טבעי ורצוי, של תאים (אפופטוסיס). מניעת המוות הטבעי של התאים עלולה לגרום להתרבות לא מבוקרת שלהם, דבר שמשמעותו היא התפתחות גידול סרטני. הפעלת המתג המולקולרי CYLD גורמת לעיכוב פעילותם של החלבונים האלה, מפחיתה את פעילותם, ומחלישה את יכולתם למנוע את מותם של התאים שהגוף מעוניין במותם. החלשה זו תגרום, למעשה, למות התאים ש"מלאו ימיהם", או שחלו בהם תקלות חמורות, דבר שמשמעותו היא מניעת התפתחות הגידול הסרטני.

 

מצד שני, מוטציות שעלולות להתחולל במתג המולקולרי CYLD יכולות לגרום להגברת אותות התקשורת הנשלחים לחלבונים מקבוצת NF-KB, דבר שממריץ את פעילותם, ובהמשך גורם לעצירת תהליכי המוות הטבעיים של התאים בגוף. משמעות עצירתם של תהליכי מות התאים היא התפתחות סרטן. בעבר כבר נמצא שסוג נדיר של סרטן הנקרא סילינדרומטוסיס, הפוגע באזורים שעירים בגוף, וכן סוגים נוספים של סרטן עור, נגרמים כתוצאה ממוטציות במתג המולקולרי CYLD. כעת מנסים המדענים לבדוק האם מוטציות בגן CYLD מעורבות גם בסוגים שכיחים יותר של סרטן.

 

מחקר זה בוצע בהנחיה משותפת של פרופ' דוד ולך מהמחלקה לביולוגיה כימית במכון ויצמן למדע ופרופ' ז'יל קורטוא ממכון פסטר שבפאריס. המחקר בוצע על-ידי ד"ר אנדרו קובלנקו (שהיה באותה עת תלמיד מחקר במכון ויצמן ובמכון פסטר), בשיתוף עם ד"ר ג'וזפינה קנטארלה מאוניברסיטת קטניה שבאיטליה (שהייתה באותה עת מדענית אורחת במכון ויצמן למדע), וכן קריסטין שאבל-בסיה ופרופ' אלן ישראל ממכון פסטר, פאריס. המחקר נתמך על-ידי חברת .Ares Trading S.A.מקבוצת "סרונו".

 

 

כל ילד יכול להחליף את מקומותיהן של שתי קבוצות חרוזים שלכל אחת מהן צבע שונה.  אף אחד לא יכול להחליף את מקומותיהם של הצבעים מבלי לשנות את מיקומי החרוזים, או לשנות את מיקומי החרוזים השאיר את הצבעים מאחור, במקומם הקודם.

 

החרוזים הצבועים במשל הזה הם אלקטרונים. החרוז החומרי, חסר הצבע, הוא תכונה אחת שלהם: המטען החשמלי. הצבעים הם תכונה אחרת: ספין (מעין סחרור), שמתקיימת באחת משתי צורות- סיבוב כלפי מעלה (ספין חיובי), או סיבוב כלפי מטה (ספין שלילי). כמו במשל החרוזים הצבועים, איש אינו יכול להפריד בין שתי התכונות (מטען חשמלי וספין) של האלקטרונים, כאשר האלקטרונים זורמים במוליך דו-ממדי, או תלת-ממדי. אבל, ד"ר עמיר יעקבי ותלמידיו, אופיר אוסלנדר והדר שטיינברג מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע, גילו באחרונה שכאשר מאלצים את האלקטרונים לנוע ב"שורה עורפית" לאורכו של מוליך חד-ממדי, אפשר להפריד בין תכונת המטען החשמלי לבין תכונת הספין של האלקטרון. בניסוי שביצעו באחרונה המחישו המדענים, וביצעו הלכה למעשה, את ההפרדה הזאת: הם הצליחו לעורר באלקטרונים ספין מבלי לשנות את תכונת המטען החשמלי שלהם. האפשרות לשנות את תכונת הספין של האלקטרונים מבלי לשנות את המטען החשמלי שלהם היא הצעד הראשון בדרך לפיתוח אלקטרוניקה חדשה, המבוססת על שינויים במצב הספין (האלקטרוניקה הקיימת מבוססת על המטען החשמלי של האלקטרונים). אלקטרוניקה "ספינית" חדשה זו קרויה ספינטרוניקה. המדענים העוסקים בתחום זה, במקומות רבים בעולם, אומרים שהספינטרוניקה עשויה לאפשר את בנייתם של מאגרי זיכרון, מגנטים והתקנים אלקטרוניים שונים, רגישים במיוחד, שיוכלו לבצע מטלות שאינן ניתנות לביצוע באמצעות התקנים אלקטרוניים קיימים.

 

הרעיון שבעולם חד-ממדי אפשר יהיה להפריד בין הספין לבין המטען החשמלי עלה לראשונה בעבודתו התיאורטית של הפיסיקאי האמריקאי יואקים לוטינגר (1996-1923), בשנות ה60- של המאה ה20-. חישוביו של לוטינגר הובילו למסקנה שהמגבלות הגיאומטריות הנכפות על האלקטרונים הנאלצים לנוע במוליך חד-ממדי, יחד עם יחסי הגומלין המתקיימים ביניהם כתוצאה מעירור, עשויים להוביל להפרדה בין הספין לבין המטען החשמלי. הרעיונות התיאורטיים האלה, שזכו לחיזוקים חישוביים במשך השנים, המתינו זמן רב לאפשרות שמישהו יוכיח אותם בניסוי. "המכשול העיקרי היה, ועודנו, הקושי הרב ליצור מוליך חד-ממדי טוב במידה כזאת שיאלץ את האלקטרונים לנוע אך ורק בממד אחד", אומר ד"ר יעקבי.

 

בשנים 1997-1994, כשביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי במעבדות "בל" (ארה"ב), התמקד ד"ר יעקבי במציאת דרכים לעקיפת המכשול הזה, ולייצור מוליך חד-ממדי באיכות טובה. יחד עם חתן פרס נובל, הורסט סטומר, והמדענים לורן פפיפר וקן וסט, הוא הצליח לפתח דרך למדוד באמצעים אלקטרוניים את ההולכה בננו-סיבים חד-ממדיים. אבל בניסויים האלה לא היה די כדי למדוד את היכולת לעורר בנפרד ספין ומטען חשמלי. יומה של התגלית הגיע כאשר ד"ר יעקבי ותלמידיו בנו מערכת ניסיונית מתקדמת במעבדתם שבמכון ויצמן למדע. "ניסינו לעורר מערכת באמצעות העברת מטען חשמלי בין שני חוטים חד-ממדיים מקבילים", אומר ד"ר יעקבי, "וגילינו להפתעתנו שעירור הספין התרחש בנפרד מעירור המטען החשמלי". לתיאור התיאורטי שמסביר את תוצאות הניסוי הזה תרמו הפיסיקאי ברטרנד הלפרין ותלמידו, ירוסלב צ'רקובניאק מהרווארד.

 

"העובדה שהצלחנו להפריד בין המטען החשמלי לבין הספין רק במערכת חד-ממדית, מציבה לפנינו לא מעט סימני שאלה", אומר ד"ר יעקבי, "כגון, מה תפקידו של כל גורם במערכת, למשל, הדחייה שבין האלקטרונים, או הטמפרטורה, או גודל המוליך החד-ממדי, ביצירת ההפרדה שבין הספין למטען החשמלי"? שאלה זו, ועוד רבות אחרות, מחכות לחוקרי הספינטרוניקה שתהפוך בשנים הקרובות לאחד משדות המחקר החשובים בחזית המדע.