תאים חיים

01.01.1999
01-01-1999
 
 
 
 
 

 

תאים מזדקנים

מדעני המכון השתמשו בתאי דם אדומים כבמודל לחקר תהליכי הזדקנות. באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים גילו המדענים, ואיפיינו, הבדלים מבניים בין קרומיהם של תאי דם אדומים צעירים, לבין קרומיהם של תאי דם אדומים זקנים.
 
המדענים גילו שהשינוי המבני מתחולל בתאים רק קרוב לסוף תקופת חייהם במחזור הדם. מכיוון שכך, בדגימה של דם רגיל אפשר לזהות מעט מאוד תאי דם שהשינוי הזה חל בהם. בהמשך התברר שבמחלות שמתבטאות בקיצור תוחלת חייהם של תאי הדם האדומים, קיימים בדם יותר תאים אדומים שקרומיהם מתאפיינים במבנה "זקן". תופעה דומה נצפתה גם בדמם של חולים הסובלים ממחסור באנזים מסוים, דבר שגורם להם לרגישות למזונות ולתרופות ידועים, הגורמים להרס התאים האדומים שבדמם.
 
מחקרי המשך העלו כי שינוי המבנה של קרומי התאים האדומים גורם לאובדן חלק מהמטען החשמלי על פני הקרום, וכי תופעה זו מתחילה את שרשרת האירועים אשר בסופה מסולקים התאים הזקנים והפגומים ממחזור הדם.
 
 

 

עושים שרירים

מדעני המכון פיתחו שיטות מקוריות לגידול תאי שריר בתרביות רקמה, מחוץ לגוף. הודות לשיטות אלה הצליחו מדעני המכון ועמיתיהם ממקומות שונים בעולם, לבדד גנים שונים המקודדים כמה מהחלבונים החשובים לסוג זה של תאים, ולתהליכי הבנייה של רקמת שריר. בהמשך סייעו השיטות שפיתחו מדעני המכון בחקר תהליכי ההתפתחות של רקמות ואיברים, בחקר תהליכי הבקרה של גנים שמתבטאים בתהליכי ההתמיינות של תאי שריר, וכן בחקר מחלות שרירים שונות, ובהן גם ניוון שרירים תורשתי.
 
 

 

פרו ורבו 1    

מדעני המכון פיתחו שיטה חלוצית להחזקה ולחקר זקיקי שחלות של יונקים, שבהם מתפתחים תאי הביצית מחוץ לגוף. בכך נפתחה הדרך לחקור במדויק ולזהות באופן ישיר את ההורמונים הדרושים לתהליכי הביוץ, הכוללים את הבשלת הביצית והכשרתה להפריה, ולאחר מכן התפתחות עוברית, הפיכת הזקיק לגופיף צהוב המפריש פרוגסטרון (הורמון החיוני להריון), ולבסוף, שחרור הביצית הבשלה מתוך הזקיק.
במחקרים מאוחרים יותר זיהו מדעני המכון את המנגנונים המווסתים את פעולתם של אנזימים מפרקי חלבונים, המאפשרים את שחרור הביצית מתוך הזקיק ואת הבאתה לאזור ההפריה. במחקרים אלה התגלה הדמיון הרב בין תהליך הביוץ לבין תהליכים דלקתיים והתברר שאינטרלוקין - 1 , (חלבון מווסת ידוע המשמש מעין "שליח" של המערכת החיסונית), משתתף גם בתהליך הביוץ. מחקרים וממצאים אלה עשויים לסייע בתכנון דרכים חדשות למניעת הריון מצד אחד, ולפיתוח דרכים חדשות להתגברות על בעיות עקרות מסוימות, מצד שני.
 
 
 

פרו ורבו 2

מדעני המכון גילו כי הביצית מושכת אליה את תאי הזרע באמצעות אותות כימיים. גילויים אלה עשויים לסייע בפיתוח גישות חדשות לטיפולים בעקרות (בעיקר במקרים שבהם כשל בתקשורת הכימית הוא הגורם לעקרות). המדענים גילו שתאי הזרע נמשכים אל נוזלי זקיק שנשאבו מנשים במהלך טיפולי הפריית מבחנה. נראה שחומר האיתות המושך את תאי הזרע מופרש אל נוזל הזקיק מהביצית עצמה (או מהתאים הסובבים אותה) בעת הביוץ. במחקר המשך נמצא קשר בין עוצמת ה"איתות" של נוזל הזקיק לבין סיכויי ההפריה (במבחנה).
 
 

 

המנוע הקטן בעולם

 
 
 
מדעני המכון גילו כמה מסודות פעולתו של המנוע הקטן בעולם המשמש לתנועה, הממוקם בקרומם החיצוני של חיידקים (מסוג אשריכיה קולי), והמניע את השוטון שהוא אברון התנועה של החיידקים. כיוון תנועתו של החיידק נקבע על פי שילוב כיווני התנועה של מספר שוטונים היכולים לנוע בכיוון השעון - או בניגוד לו. יצירת שילובים שונים בין כיווני תנועה של שוטונים שונים מאפשרת לחיידקים להתקרב למקורות מזון ולהתרחק מחומרים דוחים. יכולת תנועה זו של החיידקים נחשבת לבסיס המולקולרי של ההתנהגות. המנוע המניע את השוטון משנה את כיוון סיבובו בהתאם למצבו של מעין "מתג" המורכב משלושה חלבונים, המפעיל "תיבת הילוכים". חוקרי המכון גילו את אופן פעולתו של חלבון, שהתקשרותו ל"מתג" גורמת לשינוי כיוון סיבובו של ה"מנוע" המניע את השוטון.
 
 

 

מפגשים מהסוג התאי

 
 
 
יכולתם של תאים חיים להיצמד אלה לאלה, או למצע החוץ תאי שביניהם, עומדת כבסיס להתפתחותם של בעלי חיים רב-תאיים. היא גם משפיעה על תהליכי גדילה, שינוי צורה, התמיינות, השגת מזון, תנועה ומוות של תאים. הבנת הדרך שבה תאים מקבלים החלטות ("להיצמד או לא להיצמד?") עשויה, לפיכך, לקדם את ההבנה של תהליכי החיים הבסיסיים ביותר, דבר שעשוי בסופו של דבר להתבטא גם בהתפתחויות רפואיות ותעשייתיות.
 
מדעני המכון גילו שתאים חיים יכולים לזהות הבדלים בין משטחים הבנויים ממולקולות הדומות זו לזו בכל תכונותיהן הכימיות, למעט העובדה שמבחינת המבנה המרחבי שלהן, הן "הפוכות" זו מזו. כלומר, המולקולות המרכיבות משטח אחד מהוות מעין "תמונת ראי" של המולקולות המרכיבות את המשטח האחר. בפועל, על אף שמדובר במשטחים שמבחינה כימית הם שווים וזהים לחלוטין, התאים עשויים להעדיף להיצמד דווקא למשטחים הבנויים ממולקולות "ימניות", בעודם חולפים בשוויון נפש יחסי על פניהם של משטחים הבנויים ממולקולות "שמאליות".
 
מדעני המכון גילו שמנגנוני ההכרה וההיצמדות של התאים למשטחים חיצוניים, פועלים באחת משתי דרכים עיקריות: או שהם נצמדים במהירות ובעוצמה, או שהם נקשרים באטיות, כשהקשר שהם יוצרים (עם המשטח, או עם תא אחר) מתקיים לאורך זמן. המדענים משערים שכדי לאפשר לתאים לבחון את המשטח או את התא האחר שאליהם הוא יכול להיצמד, התפתחו בתאים מנגנונים שמאפשרים להם לשהות בקרבת המצע החוץ-תאי, או זה בקרבת זה, במשך זמן מה, עד ש"יכירו" זה את זה טוב יותר, וייווצרו תנאים מתאימים לכינון קשרים ארוכי טווח. מדובר בתקופה קצרה של ניסיון והשהיה, המזכירה את תקופת האירוסין המקובלת בחברות מסוימות, או את תקופת המגורים המשותפים, שיכולה להקדים את החתונה בחברות אחרות. לאחר תקופת ה"בדיקה" הזאת, כשירים התאים לפתח מגעים יציבים וארוכי טווח עם המשטח החיצוני.
 
 

 

קיפאון דינמי

מיקרוסקופ האלקטרונים הוא כלי המחקר העיקרי המאפשר בחינה של מבנים זעירים בתאים ובסביבתם. לרוע המזל, מיקרוסקופ האלקטרונים המקובל פועל בתנאי ריק (ואקום), ומותאם לבחינת תכשירים יבשים, ולפיכך הכנת תאים ורקמות לבדיקה במיקרוסקופ כזה, כרוכה בייבושם. תהליך הייבוש עלול לפגוע בשלמות מבני הדוגמאות הנבדקות.
 
כדי להתגבר על הקושי הזה, פיתחו מדעני המכון שיטה חדשה למיקרוסקופיית אלקטרונים המבוססת על בחינתן של דוגמאות רקמה קפואות. השיטה החדשה מבוססת על שני חידושים: הראשון: הקפאה של דוגמאות רקמה והכנת חתכים דקיקים ממנה. השני: העברת דוגמת הרקמה הקפואה אל תוך המיקרוסקופ, בדיקתה תוך שמירה על טמפרטורה נמוכה מאוד, והתבוננות בה בזוויות שונות, יחסית לקרן האלקטרונים של המיקרוסקופ. השיטה הזאת, בשילוב עם שיחזורים מבניים המבוצעים תוך שימוש בעיבוד תמונה ממוחשב, מאפשרת כיום לחוקרים ללמוד על המבנה המרחבי של מבנים שונים בתא, וכן על המיקום והתפקוד של מערכות תוך-תאיות שונות.
 
 

 

מה שיותר עמוק

מדעני המכון פיתחו שיטה של מיקרוסקופיה רב-ממדית, המאפשרת לאסוף ולעבד מידע על התרחשויות דינמיות המתחוללות בתאים חיים. השיטה מבוססת על הפעלה ממוחשבת של מיקרוסקופ אור, המביט לתוך תאים חיים, בכל פעם לעומק אחר. המערכת הממוחשבת מעבדת את התמונות שמתקבלות בעומקים המשתנים של התצפיות, ובודקת את השינויים החלים בהן במרוצת הזמן. כך נוצרת תמונה רב-ממדית דינמית המשקפת את המתחולל בתא, דבר שמאפשר למדענים ללמוד על תפקודו של התא בתנאי אמת.
 
 

 

מגעים

מדעני המכון גילו חלבון הקרוי וינקולין, המתמקם בצדו הפנימי של קרום התא באזור שבו מתחברים סיבי השלד התאי לדופן התא. החוקרים גילו שבאזורים אלה בדיוק נצמד התא לתאים סמוכים, או למרקם החוץ-תאי שעליו הם גדלים. בדרך זו נוצר מעין חיבור מכני בין השלדים התאיים של תאים רבים ברקמה, דבר שמאפשר פיזור כוחות הנובעים, למשל, מהפעלת לחץ מכני חיצוני על רקמת התאים, או הפעלת כוחות פנימיים בתא עצמו.
 
החלבון וינקולין ממלא, ככל הנראה, תפקיד חשוב גם בתקשורת בין תאים. מדעני המכון גילו שכאשר גורמים להתכווצותו של תא, מופעלים תהליכי זירחון באזורים שבהם מצוי החלבון וינקולין. תהליכים אלה פותחים בתהליך שרשרת שבו מולקולה אחת מזרחנת מולקולה שנייה שמזרחנת מולקולה שלישית, וכך הלאה. השרשרת הזאת, של העברת אותות מפני השטח של התא לגרעין, משתלבת בתהליכי תקשורת תאיים ידועים, כגון אלה שבהם תאים מקבלים מסרים המורים להם להתחיל להתחלק (להתרבות), או להתמיין. למחקר זה נודעת חשיבות להבנת אופן פעולתם של תאים חיים.
 
 

 

תקשורת בפעולה

 
 
 
מדעני המכון הצליחו לזהות - לראשונה בעת פעילות - מסלול תקשורת המעביר מסרים מפני השטח של התא אל המטען הגנטי שלו, המצוי בגרעינו. מסרים חיצוניים כאלה משפיעים על התבטאות הגנים בתא, ועקב כך על תפוקת החלבונים שלו ועל התפתחותו והתנהגותו.
 
מסלול התקשורת מפני השטח של התא אל גרעינו מבוסס על "תגובת שרשרת", שבה מולקולה אחת מזרחנת מולקולה שנייה, שמזרחנת מולקולה שלישית, וכך הלאה, 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.
 
מדעני המכון הצליחו לפתח נוגדנים ייחודיים, המזהים והנצמדים אך ורק לגירסה המזורחנת של המולקולה שמצויה בקצה מסלול התקשורת. במלים אחרות, הנוגדנים האלה איפשרו לחוקרים לזהות מתי והיכן עובר מסר תקשורתי במסלול. שיטה זו מאפשרת לעקוב אחר מסרים שונים (למשל הורמונים) המגיעים אל התא מ"העולם החיצון", ולבחון כיצד בדיוק הם משפיעים על התנהגותו ועל התפתחותו של התא. מסלול התקשורת הנחקר מעורב בבקרת התמיינות של תאים וכן בבקרת התרבות של תאים. כאשר פעולתו משתבשת, עלול הדבר להביא להתפתחות גידולים סרטניים.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם