פרופ' עדה יונת ממכון ויצמן למדע זכתה בפרס נובל בכימיה לשנת 2009

07.10.2009

מכון ויצמן למדע מברך את פרופ' עדה יונת על זכייתה בפרס נובל בכימיה לשנת 2009, וגאה בהישגיה המדעיים. אנו שמחים על שוועדת פרס נובל הכירה בחשיבות עבודתה המדעית של פרופ' יונת, והעניקה לה את הפרס החשוב הזה.

מחקרה של פרופ' יונת הונע מתוך סקרנות ושאיפה להבין טוב יותר את העולם ואת מקומנו בתוכו. מחקר זה כוון כלפי מטרה גבוהה: הבנה של אחת ה"מכונות" המורכבות ביותר במערכות ביולוגיות. 

בסוף שנות השבעים, החליטה פרופ' יונת, שהייתה אז מדענית צעירה במכון ויצמן למדע, לקרוא תיגר על אחת משאלות המפתח באשר לדרכי הפעולה של תאים חיים: לפענח את המבנה ועקרונות הפעולה של הריבוזום, בית-החרושת לחלבונים של התא. זו הייתה תחילתו של מסע ארוך שנמשך עשרות שנים, וחייב מקוריות, תעוזה ודבקות במטרה. מדובר במסע מחקר שהחל במעבדה צנועה בעלת תקציב צנוע, ועם השנים התרחב והקיף עשרות חוקרים בהנהגתה של פרופ' יונת.

מחקר בסיסי זה, שהחל מניסיון להבין את אחד מעקרונותיו של הטבע, הוביל, לימים, להבנת הדרך שבה פועלות מספר תרופות אנטיביוטיות, דבר שעשוי לסייע בפיתוח תרופות אנטיביוטיות מתקדמות ויעילות יותר. תגלית זו עשויה לסייע במאבק בחיידקים שפיתחו עמידות לאנטיביוטיקה, בעיה המוגדרת כאחד האתגרים הרפואיים המרכזיים של המאה ה-21.

פרופ' יונת היא דוגמה לדרך שבה חזון מדעי, אומץ בבחירת שאלה מדעית גדולה, ודבקות במטרה – עשויים להביא להצלחה ולהרחבת הידע האנושי, לטובת כל בני-האדם באשר הם.

הפרס ניתן לפרופ' יונת על פיענוח המבנה והבנת עקרונות הפעולה של הריבוזום, בית-החרושת לחלבונים של התא.

 


 

בתי חרושת לחלבונים
 
בסוף שנות השבעים, החליטה פרופ' עדה יונת, שהייתה אז מדענית צעירה במכון ויצמן למדע, לקרוא תיגר על אחת משאלות המפתח באשר לדרכי הפעולה של תאים חיים: לפענח את המבנה ועקרונות הפעולה של הריבוזום, בית-החרושת בו מתורגמות ההוראות המוצפנות בצופן הגנטי, די-אן-אי , ליצירת חלבוני התא. זו הייתה תחילתו של מסע ארוך שנמשך עשרות שנים, ושנתקל – לכל אורכו – בתגובות חוסר אמון ואף לגלוג מצד הקהילה המדעית. עבודתה, שהחלה במעבדה צנועה בעלת תקציב צנוע, התרחבה עם השנים והקיפה חוקרים מכל קצות תבל בהנהגתה של פרופ' יונת. מחקר בסיסי זה, שהחל מניסיון להבין את אחד מעקרונותיו של הטבע, הוביל, לימים, להבנת הדרך שבה פועלות מספר תרופות אנטיביוטיות, דבר שעשוי לסייע בפיתוח תרופות אנטיביוטיות מתקדמות ויעילות יותר, וכך גם לסייע במאבק בחיידקים שפיתחו עמידות לאנטיביוטיקה - בעיה המוגדרת כאחד האתגרים הרפואיים המרכזיים של המאה ה-21.
 
חלבונים הם החומרים העיקריים המבצעים את תהליכי החיים. פעילותם מתאפשרת הודות למבנה המרחבי שלהם, הנקבע על פי רצף אבני הבניין המרכיבות אותם (הקרויות חומצות אמינו) שמוכתב בצופן הגנטי. הריבוזום, המייצר את החלבונים על פי המידע הצפון בגנים, מורכב בעצמו ממספר רב של חלבונים וחומצות גרעין המאורגנים בשתי יחידות משנה: גדולה וקטנה. יחידות אלה קיימות בנפרד אך פועלות יחד, בהרמוניה, ביעילות ובדיוק מירבי בבצוע התהליך המסובך של יצירת החלבונים.
 
כדי לגלות את המבנה המרחבי של מולקולות ביולוגיות וגופיפים אחרים - שזעירותם אינה מאפשרת צפייה אפילו במיקרוסקופ אלקטרוני - יוצרים מהם המדענים גבישים. את הגבישים האלה הם מקרינים בקרני X (רנטגן). מדידת הקרינה המתפזרת מהגביש, עשויה ללמד על המבנה המרחבי של המולקולות המרכיבות אותו – עד כדי יכולת ליצור "מפה" המתארת את פיזור האלקטרונים במולקולה הנחקרת. טכנולוגיה זו קרויה קריסטלוגרפיה בקרני X. אולם כאשר עוסקים בריבוזום, מדובר בבעיה מאתגרת במיוחד. זהו צבר (קומפלקס) בעל מבנה מורכב מאוד, גמיש להפליא, לא יציב וחסר סימטריה פנימית, תכונות שמקשות מאוד על יצירת גבישים ממנו, או מיחידות המשנה שלו. בנוסף לכך, לעיתים קרובות גורם השימוש בקרינת רנטגן להרס של הגבישים. קושי נוסף הוא מחסום ההפרדה (רזולוציה): מדענים שעסקו בתחום לא הצליחו מעולם לקבל מידע על מרכיבי הריבוזום בהפרדה מספקת, שתאפשר להם להסביר את פעילותו - בסביבות שלושה אנגסטרום (שהן שלוש מאיות-מיליוניות הסנטימטר).
 
מגבשת הגבישים
 
במהלך ניסויים שהתקיימו במחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע וביחידה לחקר הריבוזום שבמכון מקס פלנק בגרמניה, הצליחה פרופ' יונת – בתחילת שנות השמונים – ליצור את גבישי הריבוזומים הראשונים בעולם תוך שימוש בשיטה לשיפעול (אקטיבציה) של ריבוזומים שפותחה בעבר במכון ויצמן למדע, על-ידי הפרופסורים עדה זמיר, רות מיסקין ודוד אלסון. היא גם הראשונה שזיהתה עדות ממשית לקיומה של "מנהרה" בתוך הריבוזום הפעיל. מנהרה זו משמשת להגנת החלבונים שזה עתה נוצרו בריבוזום, עד לשלב בו הם מתעצבים במבנה המאפשר להם "להגן על עצמם". בתוך כך פיתחה כמה טכניקות הנפוצות כיום בתחום הביולוגיה המבנית בעולם. הטכניקה הידועה והנפוצה ביותר מכונה קריו-קריסטלוגרפיה, כלומר, חשיפת הגביש לטמפרטורה נמוכה – מינוס 185 מעלות צלסיוס - דבר שמונע את התפרקותו כתוצאה מהקרנה בקרינת X חזקה. בנוסף לכך פיתחה מערכות ניסוי ייחודיות לחקר הריבוזום, דוגמת זו המבוססת על שימוש בריבוזומים הנלקחים מחיידקים המתקיימים בים המלח. שיטות מחקר אלה משמשות כיום חוקרים רבים במקומות רבים בעולם.
 
בסוף שנות ה-90 של המאה ה-20 הצליחה פרופ' עדה יונת, לפרוץ גם את מגבלת ההפרדה, הודות לטכניקות חדשות של קריסטלוגרפיה, פרי פיתוחה. כך עלה בידה לקבל "מפת צפיפות אלקטרונים" ראשונית של יחידת המשנה הקטנה של הריבוזום. תת-יחידה זו היא שמתרגמת את הצופן הגנטי המקודד במולקולות האר-אן-אי שליח, למידע הנדרש לייצור חלבונים. ממצאים אלה התפרסמו בשנת 1999 בכתב העת "רשומות האקדמיה למדעים של ארה"ב" (PNAS). לאחר מכן, בשנים 2000 ו-2001, פרסמה פרופ' יונת פיענוח ראשון ומלא של שתי תת היחידות מריבוזום של חיידק, עבודה שהוגדרה על ידי כתב העת Science כאחת מעשר העבודות החשובות באותה שנה. ממצאים אלה היוו נקודת שיא במחקר שנמשך 20 שנה, אולם מסעה של פרופ' יונת להבנת הריבוזום רק החל. מצויידת בתובנות החדשות שהשיגה אודות מבנה הריבוזום, ניגשה להבין כיצד מאפשרת הבנת המבנה המרחבי לתאר פעילותו ואת הדרך בה משמשות תרופות אנטיביוטיות להשבתתו.

איך תרופה פועלת
 
"ההתקדמות שהשגנו במסע הארוך לפיענוח מבנהו ודרך פעולתו של הריבוזום, עשויה לסלול, בעתיד, את הדרך לשיפור יעילותן של תרופות אנטיביוטיות שונות, שיכוונו לבלימת הפעילות הריבוזומלית של חיידקים גורמי מחלות", אמרה אז פרופ' יונת, ואכן, מטרתה הבאה היתה לגלות מקרוב כיצד משפיעות תרופות אנטיביוטיות על פעילותו של הריבוזום. לצורך כך הכינה – יחד עם חברי קבוצת המחקר שלה, ד"ר ענת בשן ותלמיד המחקר רז זריבץ, ומדענים ממכון מקס פלאנק בגרמניה – גבישים של יחידות משנה של ריבוזומים מחיידקים אליהם צמודות בכל פעם אחת מבין חמש תרופות אנטיביוטיות. לאחר מכן, על בסיס הכרותם עם מבנה הריבוזום, פיענחו את המבנה המרחבי של ה"כיסים" בהם נקשרות התרופות. בשיטה זו הצליחו המדענים להבחין במולקולות של התרופות האנטיביוטיות כשהן צמודות לאתרי הפעילות של הריבוזום באופן שמסכל את פעולתו התקינה. כתוצאה מההיצמדות משותקים "בתי החרושת לחלבונים של התא", דבר שמשבש את ייצור החלבונים של החיידק. החלבונים הם המרכיבים הביוכימיים העיקריים המפעילים את פעולות החיים השונות, ושיבוש בתהליכי הייצור שלהם גורם למות החיידק. ממצאים אלה התפרסמו בשנת 2001 בכתב העת המדעי Nature. מאז הצליחה פרופ' יונת לחשוף את שיטות פעולתן של מרבית האנטיביוטיקות המצויות בשימוש, ומחקריה בתחום זה נמשכים גם היום.
 
ומה בהמשך? מעט מאד ידוע עדיין על "לידת" החלבונים, כלומר, כיצד הם מתנהגים בעודם גדלים "אבן-אחר-אבן" ומדשדשים בתעלה הריבוזומלית עד יציאתם למרחבי התא, ומה קורה להם בעת יציאתם. שאלות אלו נחקרות עתה במעבדתה של פרופ' יונת. בנוסף, התפקיד החיוני שממלאים הריבוזומים, וכן העובדה שהם מצויים בכל תא חי – החל בשמרים ובחיידקים וכלה ביונקים - ושהאתרים הפעילים שלהם שמורים להפליא מבחינה אבולוציונית, הובילו להעלאת תיאוריה כי צורות מוקדמות של ריבוזומים הן אלה שהיוו את את תחילתם של החיים על פני כדור הארץ. כלומר, מיבנים אלה נשאו בחובם את תמצית החיים. כיצד נוצרו הריבוזומים הקדומים האלה? כיצד רכשו את המבנה המאפשר להם לייצר חלבונים? כיצד התפתחו לבתי החרושת המתוחכמים הקיימים כיום בכל התאים של בעלי החיים? שאלות אלה הן העומדות כיום במוקד מחקריה של פרופ' יונת.
 
מידע נוסף, תרשימים, תצלומים וקטעי וידיאו  אפשר לקבל במשרד דובר מכון ויצמן למדע

08-934-3856

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם