עדויות חדשות לכך שהתנהגות הורית מובנית במוח שלנו

נקבות רוב היונקים יולדות ומטפלות בצאצאים, בעוד הזכרים במקרים רבים מזדווגים עם שותפות רבות ולוקחים חלק מינורי בהורות לאחר ההזדווגות. אך חוקרים התקשו, במשך שנים, למפות את ההבדלים האלו בין המינים במוח היונק, ולהסביר כיצד הם מתורגמים להתנהגות ושאלת היקף התנהגות ההורית ה"מובנית"היה נושא לוויכוח מדעי ער.

כעת, מחקר חדש במכון ויצמן למדע מאיר באור חדש את הנושא ומדגים כיצד רשתות דומות של תאים במוח פועלות בצורה שונה בזכרים ונקבות אצל עכברים. המחקר מצא כי נוירונים המכילים את החלבון טירוזין הידרוקסילאז (TH) נפוצים יותר באמהות מאשר בנקבות בתולות או זכרים, בתוך אזור מצומצם של ההיפותלמוס במוח. הגברה והפחתה של מינון TH בנוירונים אלו השפיע על סגנון ההורות של העכברים: יותר TH משמעו התנהגות "אמהית"מסורתית ופחות TH מתאפיין בהתנהגות אגרסיבית יותר.

המחקר, אשר פורסם בכתב-העת Nature בחודש אוקטובר, נערך על-ידי ד"ר טלי קמחי וניב סקוט, סטודנט במעבדתה, בשיתוף עם ד"ר עפר יזהר וד"ר מתיאס פריגה, פוסט-דוקטורנט במעבדתו – כולם חלק מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן.

נקבות עכבר, גם אלו אשר מעולם לא ילדו, מתנהגות בדרכים שניתן להגדירן כ"אמהיות". לדוגמא, הן יישאו גור שנותר עזוב בפינת הכלוב בחזרה למקום המרבץ, ויקדישו זמן בטיפוח וקיבוץ הוולדות יחדיו. נטייה זו גוברת כאשר הנקבות הופכות לאמהות בעצמן. זכרים, לעומת זאת, מפגינים התנהגות אגרסיבית וטריטוריאלית ולעתים קרובות מתעלמים מגורים עזובים ואף תוקפים אותם באלימות. אך גם זכרים יכולים להפגין התנהגות הורית לתקופה קצרה לאחר ההזדווגות – סביב לידת הגורים.

החוקרים עשו שימוש בטכנולוגיה אופטו-גנטית, בה נוירונים מופעלים על-ידי אור, בכדי לווסת באופן מדויק את מינון הנוירונים המכילים TH. על-ידי העלאת רמת ה-TH  או הגברת פעילות של נוירונים המכילים את החלבון, החוקרים הצליחו לעודד התנהגות אמהית. בדיקות נוספות הוכיחו כי מניפולציות אלו הגבירו, בין היתר, את רמות האוקסיטוצין – הורמון הקשור להנקה והתנהגות רבייה נקבית – במחזור הדם. הפחתת שיעור הנוירונים המכילים TH בנקבות הורידה את רמות האוקסיטוצין ופגמה קשות באינסטינקטים האמהיים שלהן.

כאשר המדענים השתמשו באופטו-גנטיקה להפעיל את הנוירונים מכילי TH בזכרים, לא נרשמה השפעה על רמות האוקסיטוצין בדם או על הטיפול בגורים. עם זאת, נרשמה ירידה משמעותית בהתנהגות האגרסיבית כלפי גורים לא מוכרים וזכרים בוגרים – אשר היו מותקפים במסגרת התנהגות "נורמלית". לעומת זאת, הפחתת מספר הנוירוינים מכילי ה- TH הובילה לעלייה מהותית בהתנהגות התוקפנית של זכרים כלפי גורים וזכרים בוגרים.

"באמצעות שליטה במינון ובפעילות הנוירונים הייחודיים הללו הצלחנו לווסת את ההתנהגות האמהית של נקבות ואת האגרסיביות של זכרים", אומרת ד"ר קמחי. "התוצאות שלנו רומזות לכך שהתנהגות אמהית נשלטת על ידי רשתות נוירונים מובנות במוח. רשתות אלו שונות מהמקבילות אליהן אצל זכרים, והן נשלטות לפחות חלקית על-ידי ההורמון אוקסיטוצין".

ממצאים אלו עשויים, בעתיד, להוביל לתובנות אודות האופן שבו מוחות זכריים ונקביים מתפקדים בכל הנוגע לפעילויות תלויות-מגדר כגון טיפול בצעירים, רבייה ותפקוד בחברה. להפרעות פסיכיאטריות רבות, דוגמת דכאון לאחר לידה או הפרעות על הספקטרום האוטיסטי, יש מאפיינים מגדריים ייחודיים. ד"ר קמחי מקווה שתגלית זו תוביל לשיפור הבנת הגורמים הביולוגיים התורמים להתפתחות תופעות אלו, אשר להן השפעה חברתית אדירה.

Dr. Tali Kimchi’s research is supported by the Adelis Foundation; the Joan and Jonathan Birnbach Family Laboratory Fund; the Abisch Frenkel Foundation for the Promotion of Life Sciences; the Peter and Patricia Gruber Awards; Mike and Valeria Rosenbloom through the Mike Rosenbloom Foundation; the Hymen T. Milgrom Trust donation fund; and the Ethel and Harry Reckson Foundation.  Dr. Kimchi is the incumbent of the Jenna and Julia Birnbach Family Career Development Chair.

Dr. Ofer Yizhar’s research is supported by the Grodetsky Center for Higher Brain Functions; the  Henry Chanoch Krenter Institute for Biomedical Imaging and Genomics; the Clore Center for Biological Physics; the Adelis Foundation; the Carolito Stiftung; the Iby and Aladar Fleischman Foundation; the Candice Appleton Family Trust; the Minna-James-Heineman Stiftung; the Irving B. Harris Fund for New Directions in Brain Research; the Joseph D. Shane Fund for Neurosciences; the Corinne S. Koshland Equipment Endowment Fund; the European Research Council; the Lord Sieff of Brimpton Memorial Fund; and the Irving Bieber, M.D. and Toby Bieber, M.D. Memorial Research Fund; and Jean-Charles Schwartz and Marc-Antoine Schwartz. Dr. Yizhar is the incumbent of the Gertrude and Philip Nollman Career Development Chair.

מחקר מצא כי אותו מזון יכול להוביל לרמות סוכר שונות אצל אנשים שונים

מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן מצביע על שוני משמעותי ברמות הסוכר בדם בין אנשים שונים בעקבות אכילת מזון זהה – דבר שעשוי להסביר מדוע אחדים נאבקים להוריד ממשקל גופם בעוד אחרים, שאוכלים את אותו המזון, נותרים רזים וחטובים. המדענים אף פיתחו אלגוריתם שמנבא את רמות הסוכרים בדם לאחר ארוחה בהתבסס על מדדי הביולוגיה וסגנון החיים האישיים – ובכך העמידו המלצות תזונתיות נפוצות בסימן שאלה.

ממצאים אלו, שפורסמו ב- 10 בנובמבר בכתב-העת Cell, מטילים ספק במוסכמות הנוגעות לתזונה בריאה וטוענים כי התאמה אישית של הרגלי אכילה על-פי ההרכב הביולוגי של האדם היא תחליף ראוי בהרבה למשטר דיאטה לצורך שמירה על הבריאות.

המחברים, חברי קבוצות המחקר של פרופ'ערן סגל וד"ר ערן אלינב, ניטרו לאורך זמן רב את רמות הסוכר בדם בקרב 800 נבדקים שאכלו במצטבר כ- 47,000 ארוחות במשך שבוע. הם בחנו כיצד ברמות הסוכרים בדם משתנות לאחר אכילת מזון מסוים. לרמת הסוכרים בדם קשר הדוק לתופעות המשויכות לתסמונת המטבולית, כולל עלייה במשקל, השמנת יתר, סכרת, יתר לחץ דם ועוד.

עד עתה, ביססו אנשי המקצוע את המלצותיהם התזונתיות על האינדקס הגליקמי של המזון, דירוג הפחמימות במזונות בהתאם להשפעתן המיידית על רמת הגלוקוז בדם. אולם צוות המחקר במכון ויצמן מצא כי עבור רבים, האינדקס לא מנבא באופן מוצלח את התגובה הגליקמית האמיתית.

המדענים אספו מידע רב באמצעות שאלונים, מדידות גופניות, בדיקות דם, גלוקוז וצואה, ויישומון לטלפון הנייד אשר שימש את משתתפי המחקר לרישום פעילות גופנית ואכילה. על בסיס מידע זה הם פיתחו אלגוריתם חישובי שמנבא תגובות גליקמיות אינדיבידואליות. האלגוריתם – אשר תוקף בבדיקה של 100 אנשים שונים – הצליח לנבא נכונה את שיעור העלייה ברמת הסוכר בדם בתגובה למזון.

"ההבדלים העצומים שמצאנו בין העליות ברמות הסוכרים בדם אצל אנשים שונים שאכלו ארוחות זהות מסבירים באופן חלקי מדוע דיאטות נכשלות אצל אנשים כה רבים. התוצאות שלנו מדגישות כי המלצות תזונתיות אישיות עשויות, בסבירות גבוהה, לסייע לאנשים להישאר בריאים מאשר המלצות תזונתיות אוניברסליות", מסביר פרופ'סגל, מהמחלקות למדעי המחשב ומתמטיקה יישומית וביולוגיה מולקולרית של התא. ד"ר אלינב הוא חבר במחלקה לאימונולוגיה.

חלק מן הממצאים הפתיעו גם את המדענים עצמם. נבדקת אשר סבלה מהשמנת יתר ומתסמינים קדם-סוכרתיים, אשר ניסתה מגוון רחב של דיאטות בעבר, למדה כי רמות הסוכרים בדם שלה מזנקות באופן ניכר דווקא לאחר אכילת עגבניות. אצל אחרים, בננות גרמו לעלייה גבוהה יותר ברמות הסוכרים בדם מאשר עוגיות. הדוגמאות רבות מספור, אומרים המדענים, ולמעשה – כל מי שהשתתף במחקר הופתע לגלות מזונות אשר התבררו כבריאים ביותר עבורו.

מחקר זה הינו חלק מפרויקט התזונה המותאמת אישית (www.personalnutrition.org), יוזמה ארוכת-טווח של אותו מובילים סגל ואלינב, אשר משלב כלי מחקר מהביולוגיה וממדעי המחשב ומתמקד באופן ייחודי במיקרוביום, אוכלוסיות חיידקים במעיים, המתגלות לאחרונה כשחקניות משמעותיות בבריאות האדם ובמחלות רבות – וזאת, הודות למחקרים כגון זה.

"לממצאי המחקר שלנו עשויה להיות חשיבות קריטית עבור מיליוני בני אדם ברחבי העולם הסובלים או עומדים בסיכון לפתח השמנת-יתר, סכרת וסיבוכים אחרים", אומר ד"ר אלינב. "משטרי תזונה מוכווני-מדע ומותאמים אישית עשויים לסייע בשילוב התזונה במערכות הבריאות וכן בחיי היום-יום".

דוד זאבי וטל קורם, דוקטורנטים במעבדתו של פרופ'סגל, הובילו את המחקר, בשיתוף עם ד"ר ניב זמורה, רופא המבצע מחקר במעבדתו של ד"ר ערן אלינב, וכן הדוקטורנטית דפנה רוטשילד ועמיתת המחקר ד"ר עדינה וינברגר ממעבדתו של פרופ'סגל.

בקישור הבא ניתן למצוא אנימציית וידאו המתארת את המחקר:

https://www.youtube.com/watch?v=Ryc5M3Ciytg&feature=youtu.be

המדענים מגייסים כעת מתנדבים מישראל למחקר המשך, אשר יתמקד באנשים עם לחץ-דם גבוה בשגרה הנמצאים בסיכון לפתח סכרת, וזאת במטרה למנוע או לעכב את התפתחות המחלה. ניתן ללמוד עוד באתר הפרויקט www.personalnutrition.org.

Prof. Eran Segal’s research is supported by the Crown Human Genome Center, which he heads; the Adelis Foundation; the European Research Council; Mr. and Mrs. Donald L. Schwarz, Sherman Oaks, CA; Leesa Steinberg, Canada; and Jack N. Halpern, New York, NY.

Dr. Eran Elinav’s research is supported by the Abisch Frenkel Foundation for the Promotion of Life Sciences; the Gurwin Family Fund for Scientific Research; the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust; the Crown Endowment Fund for Immunological Research; the Adelis Foundation; the Rising Tide Foundation; the Vera Rosenberg Schwartz Research Fellow Chair; Yael and Rami Ungar, Israel; John L. and Vera Schwartz, Pacific Palisades, CA; Gail and Alan Marcovitz, Canada; Leesa Steinberg, Canada; Andrew and Cynthia Adelson, Canada; the estate of Jack Gitlitz; the estate of Lydia Hershkovich; Mr. and Mrs. Donald L. Schwarz, Sherman Oaks, CA; Jack N. Halpern, New York, NY; and Aaron Edelheit, Boca Raton, FL. Dr. Elinav is the incumbent of the Rina Gudinski Career Development Chair.

חלבון רגיש לחום מנחה את הזרע אל הביצית,
חושף פרופ'מיכאל אייזנבך

הריון מתחיל במסעו המופלא של תא הזרע אל הביצית. כעת, מדענים במכון ויצמן למדע הצליחו להבין טוב יותר כיצד יוצא מסע זה אל הפועל – הודות, באופן חלקי, למשפחה של חלבונים הקרויים אופסינים הנמצאים על פני שטח תאי הזרע ומסייעים לזרעונים לחוש את הטמפרטורה הגבוהה יחסית השוררת באתר ההפריה ולכוון עצמם אליו.

מחקר של פרופ'מיכאל אייזנבך מהמחלקה לכימיה ביולוגית שפורסם לאחרונה בכתב העת Scientific Reports מראה כי האופסינים מעבירים מסרים לתאי הזרע ובכך מאפשרים להם לכוון את עצמם לכיוון אתר ההפריה. במחקרים קודמים, פרופ'אייזנבך הוכיח כי תאי זרע חשים בחום היחסי השורר באתר ההפריה בהשוואה לטמפרטורה של יתר החצוצרה, וכאשר הם מתקרבים אל הביצית באתר, הם קולטים את האותות הכימיים שהיא מפרישה.

האופסינים מוכרים היטב בשל תפקידם באזור שונה לגמרי בגוף האדם: מערכת הראייה. חמש קבוצות של חלבונים רגישים לאור ממשפחת האופסינים מעורבות בתהליך המרת פוטונים של אור לאותות אלקטרו-כימיים ברשתית.

במחקר החדש, קבוצת המחקר של פרופ'אייזנבך מצאה כי מספר חלבונים ממשפחת האופסינים נוכחים גם על פני שטח תאי הזרע של עכברים ובני אדם. לכל אופסין דגם פיזור שונה על-פני שטח התא וכל אחד מהם תורם לחישת החום שלו.

במהלך המחקר, כאשר חסמו החוקרים את מעבר האותות מאופסינים אלו, תאי הזרע לא הצליחו לשחות מאזור קריר לאזור חם יותר. "כפי שקורה בתהליכים חשובים רבים בטבע, תאי הזרע מסתמכים על יותר ממנגנון אחד במהלך הניווט אל הביצית, כך שאם אמצעי ניווט אחד מאכזב, האחרים יוכלו להוות גיבוי ולהוביל את תא הזרע ליעדו", אומר פרופ'אייזנבך.

תגלית זו מצביעה על כיוון חדש למחקר: היא עשויה להסביר את נוכחות האופסינים באיברים אשר, בדומה לחצוצרות, אינם חשופים לאור, כגון הריאות והכבד, בתפקיד חיישני חום בחלקים אלו של הגוף.

רגישותם של תאי זרע לחום היא גבוהה ביותר. ממרחק שווה-ערך לאורכו של תא שלם, תא זרע ממוצע מסוגל לחוש בשינויי טמפרטורה מזעריים של פחות מאלפית המעלה, עד כדי 0.0006 מעלת צלזיוס. רגישות זו מאפשרת להם להיעזר בשינוי הדרגתי ביותר של טמפרטורה על מנת לנווט את דרכם לאתר ההפריה.

המחקר בוצע על-ידי ד"ר סרפין פרז-סרזלס בעזרתם של ד"ר סרגיי בורישפולטס, תלמיד המחקר אושרי אפנזר, ד"ר רינת נבו וולדימיר קיש מהמחלקה לכימיה ביולוגית וד"ר אלכסנדר ברנדיס מהיחידה לשירותים ביולוגיים.

Prof. Michael Eisenbach’s research is supported by the Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science.

מה גורם ללוקמיה לפרוץ?

אבחון ראשוני של לוקמיה מיאלואידית חריפה (acute myeloid leukemia) בדרך כלל מציג בפנינו מחלה הרסנית הדורשת טיפול מיידי ואגרסיבי. אולם הן רופאים והן מדענים מתעלמים מהעובדה שהמחלה למעשה מופיעה בגוף החולה זמן רב לפני גילויה וכי במקרים רבים לוקח לה זמן רב להתפתח. ד"ר לירן שלוש מאמין כי תקופה ארוכה זו של "מחלה רדומה"עשוי להיות חלון הזדמנויות אידיאלי לטיפול מוקדם אף שהיא עדיין טומנת בחובה תעלומות רבות.

ד"ר שלוש הוא רופא העובד בבית החולים רמב"ם בחיפה אשר הצטרף למחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן בסתיו האחרון. הוא חוקר סרטן מסוג לוקמיה מיאלואידית חריפה (AML) בגישת "הגיניאולוגיה של התא"אשר כבר הובילה לתובנות רבות. AMLהוא סרטן של תאי הדם המיאלואידים המתאפיין בגדילה בלתי מרוסנת של תאי דם לבנים המצטברים במח העצם ויוצרים הפרעה לייצור תאי דם נורמליים. חרף העובדה שמדובר במחלה נדירה באופן יחסי – רק 1.2 אחוז מהחולים שנפטרים מסרטן בארה"ב לוקים בה – שכיחותה צפויה לעלות ככל שהגיל הממוצע באוכלוסייה עולה.

באמצעות מעקב אחר "ההיסטוריה המשפחתית"של תאי גזע בדמם של חוליAML  ושימוש בשיטות ריצוף גנטי מתקדמות לזיהוי שינויים בגנים שמעורבותם במחלה ידועה, ד"ר שלוש ושותפיו למחקר הצליחו לזהות – לראשונה אי פעם – תאי גזע טרום-לוקמיים. תאי גזע מוטנטיים אלו הופכים בהמשך לתאים סרטניים. רוב המקרים של AMLמאובחנים ללא אינדיקציה קודמת לסרטן; אולם כמו כל סוגי הסרטן, AMLהוא תולדה של הצטברות ארוכת-טווח של מוטציות.

לפי ד"ר שלוש, בזמן האבחון תאי AMLנושאים בתוכם בממוצע כ- 13 מוטציות. טיפול כימותרפי יהרוג אמנם את התאים הסרטניים, אבל לא את תאי הגזע המוטנטיים. ממצא זה עשוי לסייע לחוקרים לפתח טיפולים, שיטות אבחון ושיטות סינון חדשות ל- AMLואף לסוגי סרטן אחרים בעתיד. עורכי כתב-העת Nature Medicineבחרו במאמרו של ד"ר שלוש כאחת מפריצות הדרך המשמעותיות ביותר ברפואה בשנת 2014 וטענו כי הוא טומן בחובו השלכות קליניות ומדעיות משמעותיות.

כור היתוך של רפואה ומחקר

מאז שהיה סטודנט לתואר ראשון, התמקד ד"ר שלוש – במקור מחיפה וכיום נשוי עם שלושה ילדים –ברפואה. ברבות השנים, הוא החל להימשך יותר ויותר למחקר בסיסי. הוא מספר כי הבין שהשילוב הגמיש בין השניים מאפשר לקדם את בריאות האדם בצורה הטובה ביותר. ד"ר שלוש השלים את לימודיו לתואר ראשון במדעי הרפואה בהצטיינות, סיים את לימודי הרפואה בטכניון והתגייס לצה"ל במסלול העתודה הרפואית, שם שימש כסגן מנהל המכון לרפואה של חיל הים. הוא השלים את הדוקטורט בגנטיקה של אוכלוסיות ב- 2012 בטכניון, ובמקביל התמחה כשלוש שנים ברפואה פנימית בבית החולים רמב"ם.

בשנת 2012 ארז ד"ר שלוש את חפציו ושם פעמיו לאוניברסיטת טורונטו, שם שימש במשך מספר שנים כעמית בתר-דוקטורט וכרופא עמית עם התמחות בלוקמיה במרכז לחקר הסרטן על-שם הנסיכה מרגרט. במהלך לימודי הדוקטורט ולימודי הרפואה, חקר ד"ר שלוש את האבולוציה של לוקמיה משלב האבחון ועד לחזרת המחלה לאחר טיפול. הוא השווה צמדי דגימות מחולי AMLבשלבים שונים של המחלה והטיפול וגילה כי דגימות הדם מחולי AMLבשלב האבחון הכילו את אותם תאי גזע קדמוניים שנשאו את המאורעות הגנטיים שעוררו את המחלה. הוא הצליח להראות כי תאי גזע לוקמיים אלו למעשה שורדים את הטיפול הכימותרפי ותורמים לחזרת המחלה. למחקריו של ד"ר שלוש יש השלכות משמעותיות על גישות עתידיות למניעת חזרתה של AMLבמטופלים, זאת על-ידי טיפול ממוקד בתאי הגזע הפרה-לוקמיים ששרדו את הטיפול.

ד"ר שלוש יזם לאחרונה מחקר קליני למעקב אחר מקבץ גדול של חולי AMLבאמצעות דגימות דם שנלקחו בשלב האבחון, תחילת הטיפול ואחת לשלושה חודשים מנסיגת המחלה ועד שובה. הוא ממשיך לשתף פעולה עם ד"ר ג'ון דיק אשר הנחה את מחקרו באוניברסיטת טורונטו ועם ד"ר מארק מינדן, שהנחה אותו באותה תקופה בבית החולים על-שם הנסיכה מרגרט, במטרה לבחון מחלות דם אחרות בנוסף ל- AML.

במכון ויצמן, הוא משתף פעולה עם פרופ'עמוס תנאי מהמחלקות לבקרה ביולוגית ומדעי המחשב ומתמטיקה שימושית ועם ד"ר עידו עמית מהמחלקה לאימונולוגיה על-מנת לבחון את רשתות הבקרה הגנטית והאפיגנטית המעורבות במחלות אלו. במקביל, הוא ממשיך לעבוד כהמטולוג בבית החולים רמב"ם ועוקב אחר לוקמיה וחולים במצב קדם-לוקמי. "העבודה הקלינית שלי מתמקדת הטיפול בחולים אינדיבידואליים במצב קדם-לוקמי הקרוי 'תסמונת מיאלודיספלסטית'. במחלה זו, קריסת מח העצם היא תולדה של צמיחה ממארת; כ-20 אחוזים מחולים הלוקים בה יפתחו בעתיד AML"הוא אומר.

Dr. Liran Shlush is supported by the Abramson Family Center for Young Scientists, ACWIS Midwest Gala donors, the Estate of Leah Arbel, the Benoziyo Fund for the Advancement of Science, CNRS-Centre National de la Recherche Scientifique, David and Fela Shapell Family Foundation INCPM Fund for Preclinical Studies, Estate of David Turner, and the Morris & Ruth Wagner Marek Sutkiewicz Laboratory for Cancer Research. He is the incumbent of the Ruth and Louis Leland Career Development Chair

להאיר את הלייזר 

מאיץ החלקיקים על-שם קופלר, המבנה גבוה והלבן בלב קמפוס מכון ויצמן משמש כסמל למדע ישראלי, והעובדה שזה מכבר יצא משימוש – שכן התחום התקדם רבות מאז הקמת המאיץ ב- 1976 – מעידה יותר מכל על ההצלחה המדעית של ישראל. המאיץ נבנה כאשר פיסיקאים במכון ויצמן חיפשו דרך להאיץ גרעינים בכדי לחקור את האינטראקציות שלהם אחד עם השני ואת המבנה הפנימי שלהם. מאיצי חלקיקים רבים נבנו מסיבות דומות ברחבי העולם, המורכב והידוע שבהם – המאיץ של CERNבשווייץ, בו משתמשים אלפי פיסיקאים.

הדייר החדש ביותר במאיץ ההיסטורי במכון ויצמן הוא, באופן הולם במיוחד, מדען בתחום הפיסיקה הגרעינית שהאיץ בשנים האחרונות את התחום באופן משמעותי: פרופ'ויקטור מלכה, חוקר שניהל ב- 20 השנים האחרונות מעבדה בחזית המחקר העולמי בתחום פיסיקה של לייזרים רבי-עוצמה ב- École Polytechniqueשבצרפת ואף שימש כראש מעבדה מובילה לחקר פלזמה במרכז הלאומי למחקר מדעי (CNRS) של צרפת. פרופ'מלכה הצטרף למחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן לפני כחצי שנה.

פרופ'מלכה עושה שימוש בקרני לייזר על מנת למזער מאיצי חלקיקים כך שיוכלו להיכנס בקלות למעבדה סטנדרטית. מאיצי חלקיקים קונבנציונליים דורשים מרחקים גדולים וחללים עצומים להאיץ חלקיקים למהירות הקרובה למהירות האור. פרופ'מלכה משתמש בקרני לייזר קומפקטיות אך רבות-עוצמה הממוקדות בנפח זעיר של פלזמה כדי להאיץ יונים טעונים במיוחד, ובכך הופך אותם לקרניים אולטרה-בהירות הניתנות לשליטה בקלות.

פלזמות, תווך טעון המכיל יונים חופשיים, נחשבות למצב הרביעי של החומר – אחרי מוצקים, נוזלים וגזים. הן קיימות בטווח רחב, החל באש תרמו-גרעינית הבוערת בלב כוכבים ועד לפלזמות קרות הנוצרות בגופי תאורה פלואורסצנטיים. פיסיקאים למדו להשתמש בפלזמה לשימושים שונים, החל ממסכי מחשב ת באנרגיה ועד לחומרים חמים ודחוסים מאוד השואפים להגיע לסף ההיתוך הגרעיני.

מאז שייצר את קרן האלקטרונים המונעת על ידי לייזר-פלזמה הראשונה בסוף שנות ה- 80, פרופ'מלכה המציא שיטות חדשות לשימוש בפלזמה במגוון תחומים כמו רפואה, תעופה וחלל, ואבטחה – למשל, לטובת סריקת משאיות לאיתור חומרי נפץ. כעת הוא מקווה לגלות שימושים נוספים למאיצי החלקיקים המבוססים על פלזמה שהמציא – ובכך, להפוך את מכון ויצמן לכוח מוביל בתחום זה.

בפני פרופ'מלכה עומד אתגר ייחודי, אשר רוב המדענים החדשים של מכון ויצמן לא נתקלים בו: במקום לבנות מעבדה חדשה, עליו למעשה לשנע מעבדה קיימת עם ציוד מתוחכם שנבנה על-פני 20 שנה ממדינה אחת למדינה אחרת. פרופ'מלכה גייס שני דוקטורנטים לסייע בתהליך זה. את חודשיהם הראשונים בתואר, הם יבלו במעבדתו הישנה בצרפת בכדי ללמוד כיצד להשתמש במכשור הרב.

בדצמבר חתם מכון ויצמן על חוזה לרכישת קרן הלייזר החזקה ביותר בישראל אי-פעם, לשימושו של פרופ'מלכה. "זה לא כמו לקנות מכונית ולנסוע בה הרבה", הוא אומר. "אלו הם מכשירים חזקים מאוד ועדינים מאוד. עלינו לעצב ולהתאים אותם, ואז להתקין אותם ולכייל אותם, ולאמן אנשים להשתמש בהם". ייקח לו לפחות שנתיים מנקודת הזמן הנוכחית לבנות, להעביר לארץ ולהתקין את הלייזרים שמהווים את לב המעבדה שלו.

מעבדתו החדשה, מעבדת שוורץ/רייסמן לפיסיקה של לייזרים רבי-עוצמה, עוברת כעת שיפוץ בתוך מאיץ החלקיקים על-שם קופלר שבמרכז קנדה לפיסיקה גרעינית. יסודות המעבדה צריכים להיות כה יציבים עד כי משאיות חולפות לא יגרמו לאף תנודה שתשבש את הכיול העדין של מערכי הלייזר.

קרניים של שלום

הפוטנציאל של קרני לייזר חדשות מסוג זה הוא אדיר. למשל, מאיצי החלקיקים מונעי-הלייזר של פרופ'מלכה יכולים להפיק זרם של פרוטונים שיכולים לשמש בטיפולים רפואיים בסרטן מבוססי פרוטונים או האדרונים, אשר משמשים לטיפול ממוקד בגידולים הממוקמים עמוק ברקמות הגוף, או כנגד סוגי סרטן העמידים לכימותרפיה. תרפיה באמצעות פרוטונים נמצאת כיום בשימוש נרחב בילדים אשר גופם הגדל ללא הרף רגיש מאוד לנזקים ההיקפיים של טיפול רדיולוגי; היא מהווה כלי מדויק הרבה יותר מהחלופות ולכן השימוש בה מונע פגיעה ברקמות בריאות העוטפות את הגידול. אך הציוד הקונבנציונלי המשמש ליצירת זרם הפרוטונים הוא יקר וכבד.

במחקרים קליניים מאושרים בסרטן הערמונית, פרופ'מלכה כבר הדגים כיצד קרניים מסוג זה עשויות להתאים למשימה של העברת מינון מדוד של קרינה מרוכזת ומדויקת לעומק הרקמות, ובכך לגרום פחות נזק ברקמות בריאות סמוכות. הוא הדגים כיצד לייזרים מבוססי פלזמה יכולים לשמש כמכשירי רנטגן ניידים ליישומים תעשייתיים הדורשים חדירה מעבר לשכבות חומר עבות והפקה של דימות ברזולוציה גבוהה. מכשירים מסוג זה נמצאים כעת בבחינה לשימוש התעשייה הביטחונית ולבדיקת חלקי מטוסים כנגד לחצים ושברים אשר תמנע את הצורך בפירוק המטוס לצרכי בדיקה בלבד.

פרופ'מלכה מאמין כי מעבדתו החדשה תהפוך במהרה למרכז פעילות הומה לכיווני מחקר חדשים ותשרת תחומי מומחיות קיימים במכון ויצמן כאופטיקה אולטרה-מהירה, פיסיקה באנרגיות גבוהות, מיקרוסקופיה ודימות ברזולוציה גבוהה, ועוד. הוא מציין כי הוא נרגש להצטרף לקהילה המדעית בישראל, אותה הוא מעריך בזכות האנרגיה, הגמישות והיצירתיות שלה. הוא יחלק את זמנו, בשנה וחצי הקרובות, בין מעבדתו הישנה ליד פריס ומעבדתו המתהווה כאן, במכון ויצמן

"במכון ויצמן יש סביבה מדעית יוצאת דופן שמעודדת אותי לבנות את תכנית המחקר השאפתנית שלי כאן", אומר פרופ'מלכה. מאז ביקורו הראשון בישראל, בגיל 10, הוא מתמיד בביקורים תכופים. הוריו מחלקים את זמנם בין אשדוד ופריס. הוא נשוי לאמנית אגנס פינקל, ולזוג שתי בנות (מאיה ודינה) המצפות בקוצר רוח לחיים "במשרה מלאה"בישראל.

Prof. Victor Malka is supported by the Abramson Family Center for Young Scientists, the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, Dr. and Mrs. Irving and Cherna Moskowitz, Sam Reuvsky (Canada), and the Gerald Schwartz and Heather Reisman Foundation

תובנות חדשות אודות ההיבטים הנוירוביולוגיים של חרדה

אצל אנשים הסובלים מחרדה, הנטייה לרגשיות-יתר של תגובות לחוויות רגילות מוכרת היטב, אך המנגנונים האחראיים לה אינם ברורים דיים. מחקר שנערך לאחרונה על-ידי פרופ'רוני פז מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן שופך אור על הבסיס הביולוגי לחרדה.

המחקר החדש, שפורסם בחודש מארס בכתב העת Current Biology, מראה כי אצל אנשים שאובחנו כסובלים מהפרעת חרדה, קיימת יכולת הבחנה לקויה בין גירוי ניטרלי "בטוח"– צליל במקרה זה – לבין גירוי שנקשר להפסד כסף, דבר שהפך אותו למלחיץ. במילים אחרות, אנשים חרדתיים מפגינים תופעה התנהגותית הקרויה "הכללת יתר"של גירויים חיצוניים. יתרה מזאת, פרופ'פז ועמיתיו הראו כי הבדלים אלו שוקפו בפעילותם של אזורים מסוימים במוח על-ידי דימות תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI).

החוקרים אימנו נבדקים שאובחנו כסובלים מהפרעת חרדה כללית לקַשֵר שלושה צלילים שונים עם אחת משלוש תוצאות: הפסד כספי, רווח כספי או אי-תוצאה. בשלב השני הוצג לנבדקים צליל חדש והם נשאלו האם זהו אחד מהצלילים ששמעו בזמן האימון. תשובה נכונה זכתה לתגמול כספי.

האסטרטגיה הטובה ביותר במקרה זה הינה להקפיד שלא לזהות בטעות צליל חדש כאחד מהצלילים שנשמעו בתקופת האימון – כלומר, להימנע מהכללתו. אך אנשים חרדתיים נטו יותר מנבדקים בקבוצת הביקורת לחשוב שהצליל החדש היה אחד מאלו ששמעו כבר – ובפרט לקשור את הצליל לחוויה של רווח או הפסד. נשללו סיבות הקשורות להבדלים ביכולות השמיעה או הלמידה של הנבחנים כהסבר להבדלים בין הקבוצות ביכולת לזהות את הצלילים. המחקר הראה כי המשתתפים החרדתיים פשוט תפסו את הצלילים שנקשרו לחוויה רגשית בצורה שונה.

"הראינו כי בחולים הסובלים מהפרעת חרדה, חוויה רגשית מעוררת פלסטיות במעגלים העצביים במוח אשר נמשכת לאחר תום ההתנסות עצמה", אומר פרופ'פז. "שינויים פלסטיים אלו מתרחשים במעגלים עיקריים, ואלו מתווכים לאחר מכן את התגובה לגירויים חדשים. התוצאה היא פגיעה ביכולת להבחין בין חוויית הגירוי המקורי וזו של גירוי חדש ודומה. כתוצאה מכך, חולים חרדתיים מגיבים באופן רגשי גם לגירוי החדש ומפגינים תסמינים של חרדה במצבים לא רלוונטיים. הם לא יכולים לשלוט בתגובה זו: זוהי חוסר יכולת תפיסתית להבחין בין הגירויים".

המחקר הינו תולדה של שיתוף פעולה של פרופ'פז עם ד"ר דוד ישראלי, ראש המערך הפסיכיאטרי במרכז הרפואי קפלן ברחובות המסונף לאוניברסיטה העברית. המחקר בוצע בפועל על-ידי ד"ר אופיר לאופר, שהיה דוקטורנט במעבדתו של פרופ'פז בעת המחקר.

הדמיות fMRIשל המוח בנבדקים החרדתיים ובקבוצת הביקורת הראו הבדלים בפעילותם של אזורי מוח מסוימים. הבדלים אלו נמצאו בעיקר באמיגדלה, הקשורה לפחד וחרדה, כמו גם באזורים האחראים על קליטה חושית במוח. תוצאות אלו מחזקות את הרעיון כי חוויות רגשיות מעוררות שינויים ארוכי-טווח בייצוג החושי במוחם של חולים הסובלים מהפרעת חרדה.

הממצאים עשויים להסביר מדוע אנשים מסוימים נוטים יותר לחרדות מאחרים. הפלסטיות במוח שמובילה להתפתחות חרדה אינה דבר רע כשלעצמו, מסביר פרופ'פז. "תכונות חרדתיות יכולות להיות נורמליות לחלוטין, ואף נראה כי הן הועילו למין האנושי במהלך התפתחותו האבולוציונית. אך אירוע רגשי, אפילו שולי, יכול לעורר שינויים במוח שעשויים להוביל לחרדה של ממש", הוא אומר. ההבנה של תהליכי התפיסה החושית בחולים חרדתיים עשויה להוביל לטיפול טוב יותר בהפרעה.

This work was supported by I-CORE; ISF; the EP7 Human Brain Project; and Minerva-Foundation grants. Prof. Rony Paz’s research is supported by the Adelis Foundation; the Sylvia Schaefer Alzheimer's Research Fund; the Irving and Dorothy Rom Family Discovery Endowment Fund; Pascal and Ilana Mantoux, Israel \ France; the Minna-James-Heineman Stiftung; and Gary and Kary Leff, Calabasas, CA

מחקר של מכון ויצמן עולה על סיפון משט מדעי יוקרתי 

לפני כשנה, הקדיש כתב-העת היוקרתי Scienceמהדורה מיוחדת למסע המחקר היוקרתי "טארה" (Tara)  והכריז כי "הים הפתוח הוא המערכת האקולוגית הגדולה ביותר בכדור הארץ, אך אנו יודעים רק מעט אודותיו". במאמר נכתב כי "טארה", ארגון ללא מטרת רווח שמקום מושבו בפריז, המפעיל כלי שיט מחקרי תחת אותו שם, פועל לשינוי המציאות הזו, לאחר השלמתם של עשרה מסעות מחקר מאז 2003. במהלך מסעותיה שהתפרסו על-פני כל האוקיינוסים, החוג הארקטי, אנטארקטיקה, הים התיכון ואזור פטגוניה, ספינת המחקר גמעה 300,000 ק"מ.

ב-28 במאי יצאה הספינה מחופי צרפת למסעה האחד עשר, כשעל סיפונה כחצי תריסר אנשי צוות ומספר מצומצם של מדענים ששהו עליה עד סוף מקטעו הראשון של המסע, ובסוף חודש יוני עגנו במיאמי. אחד המדענים הוא ד"ר מישל פלורס, חוקר בתר-דוקטורט העובד עם פרופ'אילן קורן וד"ר אסף ורדי במכון ויצמן. מטרתו הינה ללמוד אודות ההשפעות של המערכת האקולוגית הימית על האטמוספירה, תחום מחקר משמעותי שעשוי להוביל להבנה טובה יותר של שינויי אקלים וסביבה.

מסעה הנוכחי של הטארה יארך כשנתיים וחצי וייקח אותה סביב איי האוקיינוס השקט, עם התמקדות בשוניות אלמוגים והאינטראקציה בין אוקיינוס ואטמוספירה – תחום מחקר עיקרי של פרופ'קורן, מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת, וד"ר ורדי, מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה. שוניות אלמוגים משמשות כבית לכרבע מהמגוון הביולוגי של האוקיינוס ומשמשות כמקור מזון למיליארד איש המתגוררים ברובם לחופי האוקיינוס השקט.

היות שמדענים רבים בעולם מתעניינים בחקר המגוון האקולוגי (biodiversity), שינויי אקלים, השפעות הזיהום והאקולוגיה של הים, קיימת תחרות עזה על מעט המקומות הפנויים בכל הפלגה. על המשתתפים להבטיח מימון עצמי מלא ולתחזק את הציוד שלהם בכוחות עצמם. מטרת מסע השיט הינה לקדם מחקר מדעי, בד בבד עם הגברת המודעות הסביבתית בציבור. ארגון טארה מייעץ לארגון האו"ם, שם הוא מוביל תכנית הסברה סביבתית למניעת הרס סביבתי ושינוי אקלימי. מאות פרסומים מדעיים ראו אור כתוצאה ממסעות הטארה, כמו גם משאבי מחקר חדשים רבים, דוגמת קטלוג גנטי מיקרוביאלי ו-"מפקד אוכלוסין"למגוון הביולוגי של הפלנקטון.

צמד המעבדות של פרופ'קורן וד"ר ורדי קיבל הזמנה להצטרף להפלגה בעקבות עבודתם בתחום קריסת פריחת אצות ימיות, וירוסים שמתקיפים אותן, ופליטת חלקיקים הנישאים באוויר כתוצאה מכך.

ד"ר פלורס, תושב מקסיקו שהשלים את לימודי הדוקטורט שלו במכון מקס פלאנק בגרמניה, סיים לאחרונה מחקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ'ינון רודיך במחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת. הוא שקל לשוב למקסיקו ואפילו הזמין חופשת יוגה בת חודש לפני שיחליט על המשך הקריירה שלו. אך בפברואר הגיעה הפנייה מפרופ'קורן וד"ר ורדי להצטרף למסע הימי על מנת לאסוף נתונים אודות החלקיקים בשכבה העליונה של האוקיינוס המקיימים אינטראקציה עם האטמוספירה.

"הוא היה האדם הנכון במקום הנכון", אומר פרופ'קורן. במעבדתו של פרופ'רודיך, ד"ר פלורס חקר ומדד את המאפיינים הפיסיים, הכימיים והאופטיים של אירוסולים, קבוצות של חלקיקים נוזליים או מוצקים המושהים באוויר כגון ערפל, עשן ומזהמים נוספים.

בנוסף למחקר אודות השינוי שעוברים חלקיקים במעבר מהמים לאוויר, לד"ר פלורס תחומי עניין מדעיים נוספים. "מעניין אותנו לחקור כיצד, במקרים רבים, נמחק הפלנקטון לחלוטין מהאוקיינוס", אומר ד"ר פלורס. "נדמה כי הווירוסים שמגיעים לנקודת המפגש בין המים לאטמוספירה נפלטים לאוויר, ובדומה לאבק, נסחפים ברוח ונופלים על מצבורי פלנקטון. כך, וירוסים יכולים להשמיד ביעילות מאות קילומטרים רבועים של פלנקטון". פלנקטון משמש כמקור הזנה חיוני לאורגניזמים ימיים רבים, כדגים ולוויתנים.

בחודשים האחרונים, היו ד"ר פלורס וד"ר מירי טרייניק, חוקרת בתר-דוקטורט לשעבר המשמשת כיועצת לפרויקט, טרודים בבניית המכשור שיורכב בטארה, יאסוף דוגמיות וימדוד את תפוצת האירוסולים. לפני ההפלגה התקינו השניים את המערכת על כלי השיט וקיבלו הכשרה בסיסית בשיט – "הרבה קשירות"כפי שמתאר זאת ד"ר פלורס, שסיפר כי הפריט היחיד שרכש לקראת המסע הוא נעליים עמידות למים.

התקנת המכשור כללה התאמות בשטח של המערכת, שנבנתה במעבדה בהתאם לתנאים והמפרט הטכני של הטארה, בסיוע הקפטן ואנשי צוות הספינה. רכיב שהיה כבד מדי הורד מהספינה; אחר נקשר לאחד המפרשים כדי למנוע נזק שעלולה היתה להסב לו הרוח. ד"ר פלורס היה אחראי, בכל יום, לסנן ולבדוק את המים והאוויר שאסף על-מנת לאתר חלקיקים מיקרוסקופיים. החומרים שאסוף והמידע שתיעד ד"ר פלורס, נשלחו בחזרה למעבדותיהם של פרופ'קורן וד"ר ורדי לבדיקות נוספות. לאחר שירד ד"ר פלורס מהסיפון במיאמי, הוא העביר את האחריות המחקרית למדען אחר, שאותו יכשיר במהלך מסעם באוקיינוס האטלנטי.

"עבורינו, הפרויקט הזה הוא חלום שמתגשם", אומר פרופ'קורן. "מסעה של טארה הוא פרויקט דגל בחקר המערכת האקולוגית הימית. מלבד המחמאה האדירה שבעצם ההזמנה, יהיו ברשותנו כעת מדידות מיקרו-פיסיות וגנטיות חיוניות ביותר שיסייעו למחקרים שלנו אודות הקשר בין המערכות האקולוגיות הימיות, אירוסולים ועננים".

"טארה טומנת בחובה פוטנציאל אדיר למדע חדשני ופורץ-דרך", אומר ד"ר ורדי. "היכולת לבצע מדידות אטמוספיריות על-פני האוקיינוס מכפילה את התוצרים המדעיים האפשריים במחקר המוגבל למעבדה בלבד".

Prof. Ilan Koren is supported by the Benoziyo Fund for the Advancement of Science and the Dr. Scholl Center for Water and Climate Research. Dr. Assaf Vardi is supported by the Benoziyo Fund for the Advancement of Science, the Angel Faivovich Foundation for Ecological Research, the Rothschild Caesarea Foundation, Dana and Yossie Hollander, Israel, Scott Eric Jordan, Roberto and Renata Ruhman, Brazil, Selmo Nissenbaum, Brazil, the Brazil-Israel Energy Fund, Lord Sieff of Brimpton Memorial Fund, the European Research Council, the Estate of Samuel and Alwyn J. Weber, and the Germaine Hope Brennan Charitable Foundation. Dr. Vardi is the incumbent of the Edith and Nathan Goldenberg Career Development Chair

Banner photo credit: Tara Expeditions F. Latreille

חוקרת את זירת הפשע של הסרטן

לכל הפושעים הגדולים יש שותפים ועוזרים המסייעים להם לבצע את מזימותיהם. תאים סרטניים צומחים ומתרבים באופן די דומה – באמצעות עזרה מהסביבה המקיפה אותם.

סביבה זו, המכונה "המיקרו-סביבה של הגידול", זוכה בשנים האחרונות לתשומת לב רבה בקרב הקהילה הבינלאומית של המחקר המדעי. אחת מהחוקרות הצעירות והמבטיחות בתחום היא ד"ר רות שרץ-שובל, שהצטרפה למכון ויצמן למדע בשנת 2015 לאחר תקופת בתר-דוקטורט במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT).

ד"ר שרץ-שובל מתעניינת במנגנונים שבאמצעותם תאים סרטניים מגייסים לעזרתם תאים בריאים ומכפיפים אותם לרצונם.  בכך, הם יוצרים מיקרו-סביבה המגוננת עליהם ומאפשרת להם לצמוח ולהתפשט. מה שידוע עד כה הוא שתאי סרטן מפעילים תאים בריאים בסביבתם הקרובה כדי ליצור כלי דם ורקמות חיבור חדשות וכן כדי להילחם במערכת החיסונית.

ד"ר שרץ-שובל השלימה את לימודי הדוקטורט שלה במכון ויצמן תחת הנחייתו של פרופ'זבולון אלעזר, מומחה בתהליך האוטופגיה (Autophagy) – היכולת של התאים בגופנו להיפטר  מחומרים פגומים או רעילים  או למחזר אותם. תרומתה המשמעותית למחקר בתחום  היתה בחשיפתו של מנגנון חדשני לבקרת אוטופגיה, אשר נשלט על-ידי סוגים שונים של תרכובות חמצן מגיבות כגון מימן על-חמצני (מי חמצן). ד"ר שרץ-שובל המשיכה לאחר מכן לתקופת בתר-דוקטורט ראשונה במכון ויצמן אצל פרופ'משה אורן, מומחה בחקר הסרטן אשר עומד כיום בראש המרכז הבינתחומי לחקר הסרטן על שם משפחת מורוס.

עבור הבתר-דוקטורט השני שלה, במכון למחקר ביו רפואי על שם וויטהד ב-MIT, קיבלה ד"ר שרץ-שובל מענק מהתכנית הלאומית לפרסי מחקר בתר–דוקטוריאליים לקידום נשים במדע מבית מכון ויצמן. המענק, הניתן לעשר מדעניות מצטיינות בשנה להשלים את מחקר הבתר-דוקטורט שלהן בחו"ל, מצטרף למשכורת הבתר-דוקטורט ונועד לסייע לנשים ומשפחותיהן להתמודד עם הנטל הכלכלי המאפיין תקופה זו בקריירה של כל מדען ומדענית. בנוסף, זכתה ד"ר שרץ-שובל במלגה מטעם Human Frontiers Science Program  וכן במלגת פולברייט.

על בסיס התובנה שגידולים סרטניים הם ישויות מורכבות התלויות רבות בתאים הבריאים שסביבם, החליטה ד"ר שרץ-שובל לחקור לעומק את ההיבט  הזה של התחום  ועברה לבוסטון כדי להשלים את הבתר-דוקטורט שלה ב-MITולחקור את המיקרו-סביבה של הגידול. היא התמקדה בתגובה של התאים לשינויים פתאומיים בטמפרטורה, כמו למשל במקרים של חום גבוה כתוצאה מדלקת, וזיהתה כי אחד מהבָּקרים התאיים המוכרים של תהליך זה, חלבון בשם heat-shock factor 1 (HSF1), משחק גם תפקיד מרכזי במיקרו-סביבה של הגידול. חלבון זה, כך גילתה, הוא מרכזי במיקרו-סביבה זו שכן הוא אחראי לתכנות מחדש של פיברובלסטים – תאים האמונים על בנייתם של המטריצה החוץ-תאית והקולגן ברקמות הסמוכות לתא ובכך מסייעים לתמוך בצמיחתו של הגידול.

כחלק משיתוף פעולה שערכה ד"ר שרץ-שובל עם רופאים בבתי החולים Brigham and Women’s Hospitalו- Beth Israel Hospitalבבוסטון ובמרכז הרפואי רבין בישראל, נערך מחקר קליני שהראה כי במקרים של סרטן שד וריאות בשלבים מוקדמים, פעילות מוגברת של חלבון HSF1הולכת יד ביד עם כישלון יחסי בטיפול בחולה – ממצא שעשוי להיות בעל השלכות אבחוניות וטיפוליות משמעותיות בעתיד. מחקרה של ד"ר שרץ-שובל עשוי גם להשליך על טיפול במחלות דלקתיות באופן כללי, ובפרט מחלות מעי דלקתיות כגון קרוהן וקוליטיס כיבי.

במעבדתה החדשה במכון ויצמן, מתכוונת ד"ר שרץ-שובל להרחיב את עבודתה על האופן שבו תגובות תאיות לדחק (stress) מעצבות מחדש את המיקרו-סביבה של הגידול ובכך יוצאות מעטפת תומכת להתפתחות הסרטן ולהתפשטותו בגוף.

Dr. Ruth Scherz-Shouval is supported by the Laura Gurwin Flug Family Fund, the Peter and Patricia Gruber Awards, the Dr. Zwi & Amelia Steiger Cancer Research Fund, the Eugene & Emily Grant Family Foundation, the David M. Polen Charitable Trust, Hilda Namm, Larkspur, CA, and the Estate of Annice Anzelewitz

תכנית ניצוצות מדע סיימה את שנתה ה-15

בלבה של תכנית "ניצוצות מדע לזכר משה פרגמנט"עומדת האמונה שחשיפה למדע בגיל צעיר עשויה להוביל להצלחה מקצועית – לא רק בתחום המדע, אלא בכל דרך שבוחרים. זה בדיוק מה שעושה התכנית ב-15 שנות קיומה, עבור יותר מ-300 בני נוער ממוצא אתיופי.

כעשרים בוגרים התכנסו בסוף יוני להשתתף בטקס חגיגי לצד הורים, חונכים ואנשים נוספים, אשר היו שותפים לדרך שעשו הילדים הללו אל עבר מימוש יכולותיהם.

בתכנית לומדים כמאה בני נוער בכיתות ט'-י"ב מבתי ספר ברחובות והסביבה. אחת לשבוע, במשך ארבע שנים, מגיעים התלמידים אל קמפוס מכון ויצמן למדע כדי להשתתף בפעילויות בנושאי כימיה, פיסיקה, ביולוגיה ומחשבים. הם מקבלים שיעורי תגבור באנגלית ובמתמטיקה וכן משתתפים בסדנאות של מנהיגות, קבלת החלטות וניהול זמן. חלקם מקבלים הכשרה כמדריכים בגן המדע על שם קלור.

חלקו הארי של תקציב התכנית נתמך בשנים האחרונות על ידי חנה ואירווינג פרגמנט, במסגרת הנצחת בנם משה. חנה ואירווינג, ישראלים המתגוררים בניו יורק, מגיעים לארץ בכל קיץ כדי להשתתף בטקס הסיום. "בשנה הראשונה, יש לילדים האלה מושג מאוד עמום לגבי עתידם", אמר אירווינג פרגמנט. "ואילו אחרי ארבע שנים, יש להם כיוון, יש להם ידע ויש להם רצון להמשיך ללמוד. הם גם יכולים להשתלב בקלות יותר במנטליות הישראלית." (בתמונה משמאל: חנה פרגמנט ופריי בלאי, מתאמת התכנית).

השמחה המשותפת של המשפחות שהתקבצו על המדשאות המוריקות של המכון, עלתה מעל לפער הבולט בין ההורים לילדיהם; בין הדור אשר עשה דרך ארוכה מכפרי אתיופיה אל ישראל המודרנית, לדור הצעיר שאת דרכו עושה במציאות אחרת לגמרי. עבור ההורים, שלרובם היו הרבה פחות אפשרויות בחירה לגבי השכלה ופרנסה, תכנית כמו ניצוצות המדע היא מתנה שלעולם לא היו חולמים לאחל לעצמם.

"חשוב לי לדחוף אותה", אמרה במריט אבבה, אמה של עדי, תלמידת כיתה ט'. "אני הגעתי לפה עם שלושה ילדים מגונדר, והמחשבה שלי היתה במקום אחר, כדי לחיות. אולי היא תצא גדולה, אולי תהיה רופאה ותעזור לאנשים כמו שעזרו לנו. מה שתרצה שתעשה - העיקר שתצליח."

בנוסף ללימודים התיאורטיים והחווייתיים, נפגשים התלמידים עם חוקרים ואנשים בתעשיה, שמהווים עבורם מודלים ממשיים לחיקוי. בוגרת התכנית, אורית גָסֵסֵה מקרית מלאכי, התייחסה למפגשים אלה באמרה כי "התכנית פתחה לי טווח של אפשרויות שלא הייתי מכירה. אני מתכננת להיות מהנדסת ביו-רפואית; לא הייתי יודעת שיש דבר כזה וגם לא הייתי מכוונת לשם אלמלא היתה התכנית."

"היינו רוצים שהתלמידים שלנו יגשימו את השאיפות שלהם"אמרה פרֵיי בלאי, רכזת התכנית. "אנחנו מקווים להגדיל את מספר התלמידים ממוצא אתיופי שבוחרים במגמות מדעיות בתיכונים ובסופו של דבר גם מצליחים להפוך למדענים ולחוקרים באקדמיה. בנוסף, החשיפה וההתמודדות שלהם מול האתגרים שהתכנית מציבה בפניהם, מעלות אצלם את הביטחון העצמי ואת האמונה ביכולות שלהם."

ההשתלבות הזו של בני הקהילה האתיופית בארץ היא מטרת העל של התכנית, מעבר לדחיפה האישית של כל תלמיד. "ההצלחה הכי גדולה של התכנית תהיה ברגע שלא יצטרכו יותר את התכנית, והקהילה האתיופית תהיה יותר משולבת בחברה הישראלית", אמר ד"ר אריאל היימן, מנכ"ל מכון דוידסון בנאום שנשא בטקס. וכפי שאמרה הבוגרת אביטל אלמאיו: "תודה שגרמתם לנו לשאוף גבוה ולא לוותר."

The Sparks of Science Program is supported by Hana and Irving Pergament, the Roel C.C. Buck Family Foundation, Renee Companez, Steven Fredman, the estate of Sandra L. Gold, the estate of Ida Gold, the Sidney Greenberg Family Foundation, Avri Havron, the estate of Sunny Howard, donors of the Jewish Agency, the Prior Family Foundation, Eric Rubin, Gabriel Tolchinksy, Claire Weiss, the Pearl Welinsky Merlo Foundation, Hannah and Les Wende, and the Bernard and Norton Wolf Family Foundation

הפחתה מתוזמנת בכמות החמצן עשויה לתת פתרון לתופעת הג'ט לג

אם אתם נוהגים לטוס בתדירות גבוהה, אתם בוודאי יודעים מה עליכם לעשות "במקרה של ירידה פתאומית בלחץ האוויר בתא הנוסעים". מה שאינכם יודעים הוא שהפחתות מדודות בלחץ האוויר בתא הנוסעים – או ליתר דיוק, הפחתות מתונות וקצרות-טווח ברמות החמצן – עשויות  להקל ביום מן הימים על תופעת הג'ט לג בקרב נוסעים ולסייע להם לשוב לשגרת יומם במהירות.

ד"ר גד אשר וצוות מעבדתו במחלקה למדעים ביומולקולריים במכון ויצמן למדע הדגימו לאחרונה, במאמר שראה אור בכתב העת Cell Metabolism, כיצד תנודות טבעיות ברמות החמצון של רקמות – כלומר, הקצב שבו חמצן נספג בתאים – מתרחשות במחזוריות יומית קבועה. עוד גילו החוקרים כי מחזורי חמצן אלו מסונכרנים עם המקצבים הצירקדיים שבגופנו – אותם "שעונים ביולוגיים"הקיימים בכל תא בגוף ואמונים על התנעת תהליכים פיזיולוגיים בזמנים קבועים ביום, לרבות שינה וקימה.

ידוע בקהילה המדעית כי מקצבים צירקדיים מושפעים מאור יום, מצריכת מזון ומטמפרטורה, אולם מחקרו של ד"ר אשר הוא הראשון לתעד את תפקידן של תנודות ברמות החמצן בוויסות השעון הצירקדי ובאיפוסו. החוקרים גם איתרו את "כפתור האיפוס"שמסייע לגוף להתגבר על שינויים בשעות האור ולשוב לשגרה דרך החמצן – חלבון בשם HIF1α. הממצאים של ד"ר אשר וצוותו, המתבססים על ניסויים בעכברי מעבדה, עשויים לאפשר בעתיד לחברות תעופה מסחריות להקל על תסמיני הג'ט לג בבני אדם על-ידי הבניית מנגנון טיפול בוויסות חמצן לתוך מערכת מיזוג האוויר של המטוס.

שלושה אחוז, פעמיים ביום, ותתקשר אלי בבוקר

המחקר במעבדתו של ד"ר אשר בוצע על-ידי עמיתי הבתר-דוקטורט, ד"ר יערית אדמוביץ וד"ר בנג'מין  לאדוק, מנהלת המעבדה ד"ר מרינה גוליק ומרטין פ. קנרס מאוניברסיטת בריסטול. תוצאות המחקר מראות כי שינויים בריכוז החמצן בתא, בשיעור של שלושה אחוזים בלבד, פעמיים ביום, יכולים לסנכרן בחזרה את תאי העכבר לקצב הצירקדי. החוקרים שיערו כי החלבון HIF1αהוא הגורם המקשר בין החמצן והשעון הצירקדי – השערה שעלתה כתוצאה מניסויים בהם תאים נטולי החלבון נכשלו בסנכרון. החוקרים גם בחרו את ההשפעה של חמצן על ג'ט לג. בדיוק כמו בבני אדם, עכברים נוטים לחוות ג'ט לג לאחר שינוי פתאומי בשעות האור – תנאים שדומו במחקר הנוכחי באמצעות שינוי בזמני התאורה במעבדה.

"ברגע שהעכברים חוו 'דילוג'של שש שעות בשעות האור, כוונון של רמות החמצן סייע להם להסתגל מהר יותר לשגרת יומם – אכילה, שינה וריצה", מסביר ד"ר אשר. "גילינו כי הורדה קלה של רמות החמצן ב-12 השעות שלפני שינוי התאורה, או שעתיים לאחריו, החזירו את השעונים הצירקדיים של העכברים לפעילות תקינה מהר יותר מהרגיל. על ידי ביצוע הניסוי על עכברים רגילים לצד עכברים נטולי החלבון HIF1α, הצלחנו להראות כי החלבון משחק תפקיד מרכזי במנגנון זה".

הקץ לג'ט לג בבני אדם?

לחץ האוויר במטוסים מסחריים הוא לרוב נמוך, ותואם את לחץ האוויר הנפוץ בערים גבוהות המצויות בגובה 1,800-2,400 מטר מעל פני הים. אך בעוד לחץ אוויר נמוך מוריד מבלאי המטוס, הוא תורם במישרין ל"מחלת אוויר"אצל נוסעים – עד כדי כך שמספר חברות תעופה שוקלות להעלות את לחץ האוויר בטיסותיהן. תוצאות המחקר של ד"ר אשר הן בהחלט חומר למחשבה עבור חברות אלו.

"הורדה מתונה של לחץ אוויר במקצבים קבועים  בטיסות מסחריות עשויה לשפר את יכולתם של הנוסעים להתאושש מג'ט לג", מסביר ד"ר אשר. "אנחנו מצפים בקוצר רוח לבחון את התופעה הזו, שכבר זיהינו בעכברים, גם בקרב בני אדם".

להבנה כי רמת החמצן משפיעה על השעון הצירקדי עשויה להיות קשורה גם לתופעות נוספות מלבד הג'ט לג. מחלות לב, מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD), הפרעות שינה בקרב עובדי משמרות ומגוון רחב של בעיות בריאותיות מובילות לירידה ברמות החמצן ברקמות. "במחקר הנוכחי, הדגמנו כיצד החמצן עובד על יונקים בכלל, ועל מכרסמים בפרט", טוען ד"ר אשר. "אבל מעניין אותנו מאוד לבחון כיצד החמצן יכול לאפס את השעון גם בקרב בקטריות, צמחים, זבובים, ואורגניזמים נוספים".

Dr. Gad Asher's research is supported by the Yeda-Sela Center for Basic Research; the Adelis Foundation; and the Crown Endowment Fund for Immunology Research; the Israel Science Foundation; the European Research Council; the British Heart Foundation; and the European Union, Seventh Framework Programme, Marie Curie Actions. Dr. Asher is the incumbent of the Pauline Recanati Career Development Chair.

מחקר חדש מאת פרופ'אד באייר מציע פתרונות מבטיחים לאנרגיה חלופית

גדילה ופירוק (Decomposition) של תא הצמח  הם שני חלקים משלימים של מעגל סגור העומד בבסיס עולם הצומח. בממלכה זו, תהליך הפירוק כולל יתרונות רבים, שכן במהלכו משתחררת אנרגיה רבה הנדרשת לשלב הגדילה של הצמח. אולם, לפי פרופ'אד באייר, פירוק של תא הצמח טומן בחובו פוטנציאל עצום גם עבור בני אדם.

"החומרים הנמצאים בדופנות תאי הצמח מרכיבים את מקור האנרגיה המתחדשת השכיח ביותר על פני כדור הארץ", אומר פרופ'באייר, מהמחלקה למדעים ביומולקולריים במכון ויצמן למדע. "האתגר הוא לחלץ את האנרגיה הזו באופן יעיל ולרתום אותה לשימוש אנושי".

אבן הבניין החשובה ביותר ברקמות הצמח קרויה צלולוז (תאית), פולימר מבוסס סוכר התופס כ-40 אחוזים מתכולת דופן התא. מולקולה זו הייתה ועודנה משאת נפשם של מדענים רבים, המחפשים דרך לשחרר את הסוכרים הכבולים בה ולהפכם לביו-דיזל – המקבילה החקלאית של טוויית חוטי זהב מקש. הבעיה: צלולוז הוא פולימר קשה מאוד לפירוק.

"אם נדמיין את דפנות התא כבטון יצוק, צלולוז הוא מוטות הפלדה המחזיקים את המבנה במקום", טוען פרופ'באייר. הוא מוסיף כי היות שהצלולוז הוא חומר עמיד באופן טבעי, שיטות הפירוק של החומר הנהוגות בתעשייה דורשות אנרגיה רבה שהינה מזהמת ובלתי משתלמת. "למזלנו, אמא אדמה נתנה לנו חיידק בשם קלוסטרידיום תרמוסלום (Clostridium thermocellum) – המסוגל לפרק את הצלולוז באופן יעיל. בשנות ה-80, כאשר עדיין עבדתי על הפוסט-דוקטורט שלי, החלטתי לבחון כיצד פעולת פירוק הצלולוז על ידי החיידק עובדת ברמה המולקולרית".

עבודת מחקר זו – שבוצעה בשיתוף פעולה עם רפאל למד, לימים פרופסור באוניברסיטת תל אביב – הניבה את גילויו של הצלולוזום, מנגנון אנזימטי רב-שכבתי הממוקם על שטח הפנים של ההחיידק האמור ואמון על פירוק הצלולוז. עד אמצע שנות ה-90 חשפו החוקרים את מה שפרופ'באייר מכנה "הטבע במלוא הדרו": הצלולוזום, בעל מבנה דמוי-לגו, מתחבר לנקודות ספציפיות על פני השטח של הצמח, ומכיל שללאנזימים מפרקים הפועלים באופן סינרגיסטי לפירוק יעיל של דופן תא הצמח. אולם, על אף שמחקרים מוקדמים אלו אפשרו לבנות תמונה מדויקת למדי של המנגנון שבאמצעותו החיידק מתווך את "שחרור"הסוכרים הכלואים בצלולוז, פרופ'באייר טוען כי אפיון התהליך הקיים פשוט אינו מספיק על-מנת לייצר דלקים ביולוגיים טובים יותר.

מטרת המחקר של פרופ'באייר היא להפוך את התהליך הטבעי של פירוק הצלולוז למנגנון אשר מסוגל לייצר כמות מספקת של "חומר גלם"לטובת ביו-דלק. "התהליך שגילינו משחרר סוכרים, אבל לא מספיק כדי להשפיע משמעותית על אספקת אנרגיה לייצר ביו-דלק", הוא אומר. "מטרתנו הסופית היא ליצור צלולוזום מהונדס המסוגל לשחרר כמויות מסחריות של סוכרים לייצור ביו-דלק, כחלק מתהליך יעיל וחסכוני שאינו מזהם את הסביבה".

צועדים בצעדי ענק לכיוון ביו-דלק

במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences, פרופ'באייר וצוותו דיווחו על התקדמות משמעותית בדרך ליעד זה. הם הצליחו להנדס צלולוזום "מותאם אישית"הכולל אנזים שמסוגל לפרק ליגנין (Lignin) – חומר הנמצא בדופן של תא הצמח ומסייע לחומרים אורגניים שונים להילחם בתהליכי פירוק וריקבון.

"לקחנו אנזים המסוגל לפרק ליגנין – אותו בידדנו מסוג אחר של חיידק– והחדרנו אותו לתוך המערכת הניסיונית שלנו", מספר פרופ'באייר. "לא רק שבכך הרכבנו את הצלולוזום הראשון אי-פעם המסוגל לפרק ליגנין, אלא שהוספת האנזים הזר הובילה לתוצאה בלתי צפויה: היא ייעלה את תהליך פירוק הסוכרים של דופן תא הצמח באופן משמעותי. למעשה, הצלחנו להנדס מכונה מולקולרית חזקה במיוחד, אשר מסוגלת לשחרר כמויות גדולות מהרגיל של סוכרים שימושיים מחומר הגלם. זהו צעד משמעותי בכיוון הנכון שכן, בסופו של יום, ניתן יהיה לפרוץ את צוואר הבקבוק המונע מאתנו לייצר אנרגיה חסכונית המבוססת על ביו-דלק".

פרופ'באייר מתכנן להמשיך ולחקור אנזימים ואורגניזמים חדשים, במטרה להגיע לתוצאות יעילות יותר בפירוק סוכרים. אך בעוד הוא מקווה שביו-דלקים יהפכו לרכיב משמעותי יותר בשוק האנרגיה העולמי, הוא מודה כי הדרך עוד ארוכה.

"פיתוחים במדע הביו-דלק עדיין לא מהווים איום על תעשיית הנפט והשדולה הנלווית לה", הוא אומר. "אבל מכיוון שמאגרי הנפט והגז בעולם יאזלו יום אחד, עלינו לחשוב על העתיד".

Prof. Ed Bayer is supported by the Dana and Yossie Hollander Center for Structural Proteomics; the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust; and the Jewish Community Endowment Fund. Prof. Bayer is the incumbent of the Maynard I.and Elaine Wishner Professorial Chair of Bio-Organic Chemistry.

זוכה הפרס החדש על-שם אנדרה דלורו מגלה אפשרויות חדשות בחומרי הצמח

זוכה הפרס החדש על-שם אנדרה דלורו הוא פרופ'אסף אהרוני, אשר עבודתו על מטבולומיקה של צמחים -  חקר טביעות-האצבע הכימיות בתהליכים תאיים – מעלה תובנות חדשות אודות הביולוגיה של הצמח ויוצרת אפשרויות חדשות לחומרים על בסיס צמחי. פרס דלורו יוענק על-ידי מכון ויצמן בכל שנה למדען המצטיין בתחומו.

פרופ'אהרוני, מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון, פיתח סט של כלים חדשניים בתחום של ביולוגיה חישובית וניסויית לזיהוי ולאפיון של מטבוליטים – מולקולות זעירות שמהוות חלק מרשת המסלולים המטבוליים בצמחים. כלים אלה מגדילים את כמות המידע השימושי שנאסף באמצעות ספקטרומטר-מסה - מכשיר המזהה את התבנית הכימית של חומר על ידי שבירתם של יונים גזיים. 

בעזרתם של כלים אלה, הצליח פרופ'אהרוני להרכיב מאגר מידע המשקף את המבנה המולקולרי של מספר מטבוליטים על סמך ניתוח אנליטי מדויק. הפונקציונליות של מאגר זה מסייעת גם לחשוף תמונה מפורטת של המתרחש בתוך צמחים, החל מדינמיקות של מולקולות שומן (ליפידים) וכלה בתנועת מטבוליטים לאורך זמן. בין יכולותיו של סט כלים זה – שאותו מכנה פרופ'אהרוני MSI (Metabolite Spatial Imaging) – טמונה גם היכולת לאתר מטבוליטים בצמחים שלמים, בניגוד לשיטה הרווחת המאלצת את החוקר לבחון תכונות כימיות בדוגמיות חתוכות.

שיטה נוספת שפותחה במעבדתו של פרופ'אהרוני מאפשרת לו לבודד אברונים  של הצמח ברמת דיוק גבוהה ולבחון את הפרופיל המטבוליטי שלהם, ובכך לשרטט מודל מדויק יותר של התהליכים המתרחשים בתוך צמחים בעת גדילתם. 

ממצאיו של פרופ'אהרוני הנם מגוונים כמו הכלים מעשה ידיו. מאמריו האחרונים כוללים מידע חדש אודות מנגנון הבקרה של תהליך הביו-סינתזה של הצמח, אודות התוכן הבקטריאלי של דגימות אדמה בעומק הקרקע ואף שיטה מהפכנית המאפשרת להנדס צמחים כך שייצרו חלבון בשם L-DOPA– רכיב מרכזי באחת התרופות המובילות בעולם כנגד פרקינסון.

פרופ'אהרוני הוא חבר בכיר בתכנית AERI, יוזמת המחקר לאנרגיה חלופית ובת-קיימא של המכון; אנדרה דלורו המנוח היה תומך נלהב של פתרונות אנרגיה חלופיים.

"אחד האתגרים הגדולים של החברה האנושית הוא פתרון תעלומת האנרגיה, וחלק מהתשובה טמון בזיהוי של צמחים מסוימים אשר יכולים לשמש כחומר גלם לביו-דלק", אומר פרופ'אהרוני. "התשתית הטכנית של המעבדה שלנו – אחת במינה בישראל – מאפשרת לנו לנתח את הליפידים שמקורם בצמחים) והפחמימות אשר קובעים מהו הפוטנציאל של חומר מסוים לשמש כביו-דלק יעיל אנרגטית. באמצעות שימוש בכימיה אנליטית, גנטיקה מולקולרית של הצמח וביולוגיה חישובית, העבודה שאנו עושים מאפשרת להרחיב את הקטגוריות של ביו-מסה המוכרות כיום בשוק הביו-דלק. יותר מזה, אנחנו בוחנים דרכים לייעל את תהליך ההפקה של ביו-דלק כמקור לאנרגיה חלופית אשר מסוגל לאתגר את השליטה של גז, נפט ופחם בשוק העולמי".

אנדרה דלורו נולד בקהיר בשנת 1933 והיגר לצרפת ב-1950. הוא למד בבית הספר הפוליטכני (Ecolé Polytechnique) ובפריס טק (ParisTech) והפך למהנדס בעל שם עולמי , האחראי על שורה ארוכה של פרויקטים גדולים במזרח התיכון, חלקם בארג'יריה ובערב הסעודית. במהלך השנים, תרם בנדיבות למטרות שונות, בהן למכון ויצמן למדע, באמצעות קרן שייסד – קרן אדליס (שם שנגזר מהמילים: André Deloro Israel). מכון ויצמן השיק את פרס דלורו לזכרו.

במעמד קבלת הפרס, הביע פרופ'אהרוני את תודתו העמוקה ואת הערצתו לאנדרה דלורו על הישגיו המרשימים ועל פעילותו הענפה למען ישראל.

Prof. Aharoni is supported by the Tom and Sondra Rykoff Family Foundation, the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, the Lerner Family Plant Science Research Fund, and Yossie and Dana Hollander, Israel. He is the incumbent of the Peter J. Cohn Professorial Chair.

ד"ר אוליאנה שימנוביץ משתמשת בתולעי משי ובעכבישים כדי לתקן תאים שנפגעו ממחלות

אם חשבתם שתולעים ועכבישים מהווים מטרד ותו לא, כדאי שתחשבו שנית. לא רק משום תפקידם בהרחקת חרקים ומזיקים, אלא גם בזכות תכונותיהם שעשויות לסייע בעתיד בתיקון תאים שנהרסו כתוצאה מאלצהיימר ופרקינסון.

ד"ר אוליאנה שימנוביץ, מדענית חדשה במחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, מתעניינת  במיוחד בסיבים דקים הבנויים מחלבונים. סיבים אלה, עשויים להיראות כחוטים קשים ואלסטיים - כמו אלה שטוות תולעי משי – או כמו לוחות דביקים העשויים מסיבי חלבון אמילואיד המשפיעים על המוח בשלב מתקדם של מחלות האלצהיימר והפרקינסון. למעשה, מחקרה של ד"ר שימנוביץ עשוי להוביל למציאת דרך לשימוש בסיבי תולעי המשי לתיקון סיבי המחלה.

הקהילה המדעית נהגה להתייחס לסיבי אמילואיד כ-"רעים"מיסודם, מכיוון שהם יוצרים צבירים רעילים במוח. אולם, מחקרה של ד"ר שימנוביץ אודות התכונות הביופיסיות והביוכימיות של אמילואידים מראה כי לחומר המושמץ עשויות להיות תכונות חיוביות. היא מעוניינת לפענח את המנגנון שבאמצעותו נוצרים או מפורקים סיבים חלבוניים מסוג זה, וכן להבין כיצד ניתן לקשור בין המבנה והתפקוד של סיבים שונים המבוססים על חלבונים ולשלוט במבנה שלהם.

בכך, מאמינה ד"ר שימנוביץ, תוכל לתרום באופן משמעותי למחקר שיסתכם בפיתוחם של כלים ננו-טכנולוגיים בשירות הרפואה – כגון ליבות מיקרוסקופיות המכילות תרופות בשחרור מושהה או ננו-סיבים המשלבים חומרים אנטי-בקטריאליים.

להשתמש בטבע כדי לרפא את הטבע

ד"ר שימנוביץ דוגלת בלמידה מהתכונות הטבעיות וה-"חיוביות"של חלבונים בטבע, במטרה לתקן את הפגמים שהטבע עצמו יוצר. סיבי המשי (העשויים מחלבון) הנחלבים ישירות מבלוטותיהן של תולעי משי ועכבישים הם מבחינתה אוצר בלום. היא משתמשת בסיבים אלה כדי לשלוט בתהליכי הייצור האוטונומיים של חלבוני אמילואיד פתולוגיים על-ידי הפיכתם – באמצעות הנדסה ביולוגית – לחומרים ביולוגיים מתפקדים. כך, מסייע המשי בהחלמת התא וחוסך את השימוש בחומרים כימיים בעלי השפעה שלילית על סביבת התא הפגום – אחד האתגרים הגדולים ביותר של פיתוח תרופות.

"המשי הוא משאב טבעי, שביסודו נותן חיים חדשים לתאים פגומים", אומרת ד"ר שימנוביץ. המחקר במעבדתה טומן בחובו השלכות אפשריות בתחומים של אבחון מחלות, פיתוח תרכובות חדשות לטיפול רפואי ממוקד ומדעי החומרים באופן כללי.

הקמת מעבדתה של ד"ר שימנוביץ היא ביטוי נוסף למאמץ של מכון ויצמן להרחיב את תחום המחקר של ננו-ביולוגיה ומדעי החומרים. מאמץ זה כולל את הקמת בניין חדש על-שם אנדרה דלורו, אשר עתיד להוות בית ליוזמות מחקר בתחום החומרים המתקדמים, וכן מרכז חדש אשר צפוי למנף את חוזקות המכון בתחום מתפתח זה. ההשלכות של פיתוחים בתחום החומרים הן נרחבות – החל מתוויות ביולוגיות פלואורסצנטיות, טיפול תרופתי וטיפול בגנים, אבחון חלבונים ומחוללי מחלות בגוף, חקר מבנה ה-DNA, טיפול בסרטן,הנדסת רקמות ועוד

מדענית-על מאוזבקיסטן

ד"ר שימנוביץ נולדה בטשקנט, אוזבקיסטן, ועלתה לישראל בגיל 20. היא השלימה תואר ראשון בכימיה תרופתית באוניברסיטת בר-אילן, שם גם השלימה את התואר השני והדוקטורט. את עבודת הפוסט-דוקטורט עשתה באוניברסיטת קיימברידג', ואל מכון ויצמן הצטרפה מוקדם יותר השנה. דר'שימנוביץ  שותפה לשורה של פטנטים, ובין שלל הפרסים בהם זכתה לאורך הקריירה ניתן לציין את מלגת פולברייט לחוקרי פוסט-דוקטורט על-שם אילן רמון מטעם קרן חינוך ארצות הברית – ישראל וכן מלגת פולברייט – אשר דחתה על-מנת שתוכל לעבוד בקיימברידג'.

Dr. Shimanovich is supported by the Benoziyo Fund for the Advancement of Science.

כעת, ניתן לערוך את הגנום ולראות את ההשפעה 

כלי מהפכני לעריכת מקטעים גנטיים בשם קריספר (CRISPR) כבש לאחרונה את עולם המדע בסערה. הודות לתכונה ייחודית, הוא מאפשר לשנות, להסיר ולהכניס גן חדש לתוך רצף גנטי קיים. טכנולוגיה זו עומדת כעת בבסיסם של מאות פיתוחים מדעיים, החל מהסרת המלריה מיתושים ועד טיפול בניוון שרירים. אך מדענים רבים ברחבי העולם עדיין עומדים חסרי אונים אל מול החיסרון הגדול ביותר של הכלי - היכולת להבין מהי התוצאה של עריכת הגנום.

פרופ'עידו עמית ממכון ויצמן למדע וצוותו הצליחו לאחרונה לשלב את יכולות הקריספר עם כלי נוסף בשם ריצוף RNA  של תא בודד (Single-cell RNA sequencing), ובכך פתח עבור מדענים את הדלת לביצוע מניפולציות על גנים בתוך תא בודד בזמן אמת ולהתבוננות בהשפעה של השינויים על תפקוד התא. פריצת דרך זו, שפורסמה בכתב העת היוקרתי Cellבחודש דצמבר 2016, עשויה לסייע לעולם המדע לשפר את ההבנה בנוגע לטווח רחב של מחלות – מאלצהיימר ועד סרטן – וכן לטפל בהן בהצלחה.

פרויקט הגנום האנושי הושלם בהצלחה לפני למעלה מעשור – ובכך סיכם מאמץ בינלאומי לרצף את כל ה-DNAשל האדם. אוצר בלום זה של מידע הוביל לאינספור תובנות חדשות בדבר הקשר בין מוטציות גנטיות ומחלות, סיווג גנטי של וירוסים לטובת טיפול ישיר, התפתחויות בעולם הזיהוי הפלילי, סוגים חדשים של מזון וצמחים ועוד. קריספר התגלה לפני מספר שנים בחיידקים ומאז הפך לכלי מחקר בידי מדענים המעוניינים לערוך גנים של בני אדם, חיידקים, וירוסים וצמחים - בדיוק, ביעילות ובגמישות מרביים. השימוש בקריספר לצרכים קליניים בבני אדם צפוי להפוך למציאות בקרוב מאוד.

"למרות המהפכה שסיפק, הקריספר כשלעצמו הוא כלי מחקר בעל מגבלות, שכן לעתים קרובות אנו מתקשים לבחון את התוצאות של עריכה גנטית או להבין אותן", אומר פרופ'עמית, חבר המחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן. ד"ר דייגו חייטין, מדען סגל במעבדתו של פרופ'עמית, מוסיף כי "עד כה, התמונה שקיבלנו לאחר השימוש בקריספר הייתה ב"שחור-לבן", אך מרבית התהליכים המתרחשים בגופנו הם מורכבים מזה - ואף כאוטיים. המטרה שלנו הייתה לקבל תמונה מפורטת, על כל צבעיה וברזולוציה גבוהה".

מיקרוסקופ מולקולרי חדש

בניגוד לתוצאות "שחור-לבן", ריצוף RNAשל תאים בודדים מציג תמונה מרהיבה של דקויות. הטכנולוגיה כוללת ריצוף של מולקולות ה-RNAהמשמשות להעברת מסרים בכל תא ותא – מסרים המעידים על פעילות תאית. תהליך הריצוף משרטט בבהירות את המבנה המולקולרי של כל תא ומאפשר לאפיין את הזהות של כל תא מתוך מגוון רחב, ולהעריך את תפקודו.

"זהו מיקרוסקופ מולקולרי חדש", אומר פרופ'עמית, ומוסיף כי ביכולתו של כלי זה לספק תמונת מצב מפורטת של תאים ורקמות.

האתגר הגדול עבור פרופ'עמית וצוותו, ד"ר אסף ווינר וד"ר עידו יפה, היה להתאים את שיטת הקריספר כך שתוכל לפעול בשילוב עם שיטת הריצוף של המעבדה. מאמץ זה דרש זיהוי מדויק של כל תא, אשר דרש פיתוח של אלגוריתמים מתוחכמים ועיבוד של נתונים רבים מאוד, כך לדברי ד"ר ווינר. שילובן של שתי השיטות, אומרים החוקרים, יכול להוביל לתובנות חדשות שאף טכנולוגיה בנפרד אינה מסוגלת להפיק. התוצאות המתקבלות משימוש בכלי המשולב זמינות ברזולוציה חסרת-תקדים עבור סוג זה של מחקר וכן מתקבלות במהירות שיא, מוסיף ד"ר יפה. פרופ'עמית וצוותו צופים כי הכלי המשולב יסלול את הדרך למחקרים חדשניים במגוון רחב של תחומים.

תוצאות המחקר פורסמו יחד עם תיאורים של טכנולוגיה דומה, אשר פותחה במקביל במכון ברוד (Broad) בבוסטון ובאוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו (UCSF).

"הפיתוח של קריספר קידם משמעותית את יכולתנו להבין ולהתחיל לערוך מעגלים חיסוניים", אומר פרופ'עמית. "אנחנו מקווים כי הגישה שלנו תהווה את הזינוק הבא קדימה ותספק, בין היתר, יכולת להנדס תאים חיסוניים למטרות של אימונותרפיה".

Prof. Ido Amit's research is supported by the Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science; the David and Fela Shapell Family Foundation INCPM Fund for Preclinical Studies; the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust; the Rosenwasser Fund for Biomedical Research; the Alan and Laraine Fischer Foundation; Isa Lior, Israel; Drs. Herbert and Esther Hecht, Beverly Hills, CA; the Comisaroff Family Trust; Rising Tide; the David M. Polen Charitable Trust; the BLG Trust; and Mr. and Mrs. Harold Hirshberg, Park Ridge, NJ. Prof. Amit is the recipient of the Helen and Martin Kimmel Award for Innovative Investigation.

ד"ר עומר יפה חוקר מוליכים-למחצה רכים בחיפוש אחר חומרים חדשניים

בדומה לסטודנט העושה את דרכו הראשונה בסביבה החברתית והפיסית של בית-ספר חדש ביומו הראשון ללימודים, אלקטרונים אף הם נעים בתוך חומרים בנחישות המעורבת בבלבול. סטודנט חדש עלול להיכנס לכיתה הלא נכונה, הוא יזדרז לתפוס מקום "טוב"בכיתה, וינסה לרכוש חברים חדשים בקפטריה. באופן דומה, אלקטרונים מנווטים את דרכם בחומר תוך שהם מתנגשים זה בזה, מוסטים מצד לצד, מתפזרים במרחב ומחליפים כיוון ללא הרף.

כדי להבין את תכונותיהם החשמליות והמבניות של חומרים חדשים ומתקדמים, יש צורך להתבונן באופן שבו אלקטרונים נעים מאטום אחד למשנהו וממולקולה לרעותה. מדענים מכנים תנועה זו בשם "העברת אלקטרונים", ומדידתה היא קריטית בהערכת הפוטנציאל של חומרים חדשים ומתקדמים.

ד"ר עומר יפה לומד תנועה זו של העברת אלקטרונים לעומק כחלק ממחקריו בעולם המוליכים-למחצה הרכים (Soft Semiconductors). ד"ר יפה, שהצטרף למחלקה לחומרים ופני שטח בשנת 2016, הוא אחד המדענים החדשים במכון אשר עובדים במרץ על הרחבת תחום המחקר של חומרים חדשים. נושא זה של מוליכים-למחצה רכים עומד בחזית המחקר בתחום זה.

חומרים רכים וגמישים

בשונה ממוליכים-למחצה מן השורה, דוגמת הסיליקון, אשר קשורים יחדיו בקשרים יציבים - אלקטרוניים או שיתופיים (קוולנטים) - מוליכים-למחצה רכים מורכבים ממולקולות אורגניות, פולימרים ויונים, המוחזקים יחדיו בקשרים אטומיים חלשים. חומרים אלו מעורבים בדור העתיד של מוצרים כגון תאים סולריים, מסכים דיגיטליים וגופי תאורה חזקים. במקרים רבים, מדובר בחומרים שקופים וגמישים אשר עשויים לשמש גם כעור אלקטרוני, תאים סולריים שקופים-למחצה (למשל עבור חלונות) ומכשור אלקטרוני גמיש כגון מחשוב לביש (Wearable Computing). מוליכים-למחצה רכים מסוגלים גם לחמם את עצמם, לרוב אינם יקרים, ניתנים לעיבוד בתמיסות כימיות (כגון חומרי ניקוי) וכן ניתנים להצמדה או להטמעה על  פני שטח שונים.

אחד האתגרים הגדולים ביותר של התחום נותר בעינו: כיצד ניתן ללמוד את תכונות העברת האלקטרונים של חומרים אלו? היות שלכל מוליך-למחצה רך יש מבנה דינמי, כלים קונבנציונליים ומודלים קיימים של הובלת אלקטרונים אינם מספקים.

ד"ר יפה מתמודד עם אתגר זה על-ידי מחקר אשר משלב ספקטרוסקופיה – בדיקת האופן שבו אור מגיב לחומר – יחד עם מדידות של העברת אלקטרונים. כך הוא מנסה להבין את יחסי הגומלין שבין הדינמיקה המבנית והתפקוד האלקטרוני של חומרים אלו. שילוב זה של שתי שיטות שונות מהווה צעד משמעותי לקראת הבנה משופרת של מדע המוליכים-למחצה הרכים ועשוי להוביל לפיתוחם של מכשירים חדשניים המבוססים על חומרים חדשים אלו.

"אני רוצה להבין את יחסי הגומלין שבין אלקטרון והסביבה שלו, כיצד החומר מגיב לתנועת אלקטרונים ואיך תגובה זו משפיעה על האלקטרון", אומר ד"ר יפה.

ד"ר יפה הוא בוגר המחלקה אליה הצטרף. הוא השלים את הדוקטורט שלו במכון ויצמן למדע בשנת 2012 לאחר שחקר, תחת הנחייתו של פרופ'דוד כהן, את התופעה של העברת אלקטרונים בתרכובות היברידיות המשלבות חומר אורגני ואנאורגני. במסגרת לימודיו הוא גם חקר דרכים שונות שבאמצעותן ניתן "לכוונן"את התכונות האלקטרוניות של מוליכים-למחצה אנאורגניים כך שישמשו בתעשיית הננוטכנולוגיה.

ד"ר יפה עשה את תקופת הפוסט-דוקטורט במרכז לחקר החדשנות באנרגיה (Energy Frontier Research Center) של אוניברסיטת קולומביה, שם פיתח מומחיות במיקרו-ספקטרוסקופיה אופטית ושכלל שיטה חדשה לאיתור תנועות אטומיות בתדרים נמוכים בחומרים רכים. באמצעות מתודולוגיה חדשה בשם THz-Domain Raman Scattering, הוא חקר כיצד סוג מסוים של גביש הקרוי פרבוסקיט היברידי (Hybrid Pervoskite) מסתובב ורוטט. פרבוסקיטים היברידיים התגלו לאחרונה כמועמדים מצוינים לשימוש בתעשיית התאים הסולריים, שכן ניתן לייצר מהם תאים סולריים זולים ויעילים במיוחד. ד"ר יפה ממשיך לבחון מה הופך גבישים אלו לכה יעילים בתאים סולריים, במטרה להסב אותם לשימושים נוספים.

ד"ר יפה גם עושה שימוש בהתפתחויות האחרונות בספקטרוסקופיה אופטית. הוא עוסק בפיתוח של שיטה חדשה לספקטרוסקופיה, על מנת למפות את התכונות המבניות והחשמליות של מוליכים-למחצה אורגניים והיברידיים, תוך כדי ביצוע מדידות של העברת אלקטרונים. הוא מתכנן ליישם שיטת מחקר חדשנית זו על מגוון סוגים של מוליכים-למחצה בכוונה לפתח מכשירים אלקטרונים יעילים יותר.

הטבלט הגמיש (בתמונה משמאל) הוא דוגמה ליישום שמחקרו של ד"ר עומר יפה עשוי לתרום לפיתוחו.

.Dr. Omer Yaffe is funded by the Benoziyo Fund for the Advancement of Science, the Larson Charitable Foundation, and Carolito Stiftung

גורל העצים באקלים משתנה

ד"ר תמיר קליין חי ונושם עצים. הוא לומד אותם ואת היערות בהם הם שוכנים ומתעד פרטי מידע רבים ומגוונים, אשר עשויים לשפוך אור על האופן שבו עצים מעבדים מים, אוויר, ופחמן. בכך, הוא מסייע להבטחת המוכנות של תושבי כדור הארץ לשינויים האקלימיים הגוברים והולכים.

ד"ר קליין הצטרף לאחרונה למחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון ויצמן למדע. במסגרת מחקריו האחרונים, הוא חשף לראשונה מנגנונים שבאמצעותם צמחים משנעים מים וחומרי מזון בין עלים, גבעולים ושורשים – ואפילו הצליח לתעד מעין "סחר בפחמן"בין שורשים של עצים סמוכים. מזה שנים, חשדו מדענים כי עצים חולקים ביניהם חומרי מזון באמצעים מערכות שורשים המשתרגות  זו בזו, אך מדידות של תופעה זו התרחשו רק במעבדה בקנה מידה קטן. במהלך עבודתו כפוסט-דוקטורנט באוניברסיטת באזל בשוויץ, הצליח ד"ר קליין  למדוד ולכמת העברה של כמויות גדולות של פחמן בין עצים בוגרים מזנים שונים – ובכך להוכיח לראשונה כיצד עצים חולקים משאבים ביניהם ושומרים אחד על בריאותו של האחר.

במהלך שהייתו בבאזל, ד"ר קליין ועמיתיו במעבדה החדירו פחמן דו-חמצני תעשייתי לחופת העלים של עצים מסוג אשוחית נורבגית (Picea abies). פחמן זה ניחן בחתימה איזוטופית ייחודית, אותה איתרו במדידות בעצים אחרים. "הופתענו לגלות  אותם איזוטופים בשורשים של עצים שכנים, משלושה מינים אחרים, שלא נחשפו לפחמן המסומן", אומר ד"ר קליין. כאשר התעמקו בתוצאות, זיהו החוקרים פטריה מסוג mycorrhizaהחיה בסימביוזה עם העצים  וקשורה לשורשיהם. מערכות השורשים של העצים למעשה יצרו מעין "כבישים מהירים תת קרקעיים"להחלפה של פחמן וחומרי מזון בין העצים. במאמר שפורסם בכתב העת  Scienceבשנת 2016, הדגימו ד"ר קליין ועמיתיו כי המקור לכ-40 אחוז מהפחמן המצוי בשורשים העדינים של הצמח הוא ברשתות של סחר החליפין  בין העצים כלומר,  בכלכלה שיתופית משגשגת.

מתכוננים לבצורת והתחממות גלובלית

ד"ר קליין נולד באילת וסיים את לימודיו לתואר ראשון בביוכימיה ומדעי המזון בפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה של האוניברסיטה העברית בירושלים, קמפוס רחובות. הוא חצה את הכביש כדי להשלים את לימודיו לתואר שני ולדוקטורט במכון ויצמן, ובמקביל עבד  בפיתוח תכניות לימוד במחלקה להוראת המדעים וכן בהוראת אנגלית ומתמטיקה במכון דוידסון לחינוך מדעי. לאחר שהשלים את הפוסט-דוקטורט בשוויץ, עבד ד"ר קליין במינהל המחקר החקלאי – מכון וולקני בבית דגן, אותו עזב כדי להצטרף למכון ויצמן בשנה שעברה.

"חקר העצים הוא חשוב שכן הם מהווים חלק חיוני מהפאזל של שינויי האקלים הגלובאליים", אומר ד"ר קליין. הוא מתעניין במיוחד בתפקידם של עצים בניהול משק המים והפחמן בעולם, ומסביר: "עצים מהווים את מאגר הפחמן הביולוגי הגדול ביותר על פני כדור הארץ, ויערות מווסתים את מחזור המים סביבם באמצעות קליטת מים בשורשים ופליטתם בעלים".

ד"ר קליין חושב גם על העתיד. אחד ממחקריו המתוכננים ינסה לדמות את ההשפעה של גזי חממה על החיים על פני כדור הארץ - 50 שנה מהיום. לצורך כך, מתכוון ד"ר קליין להסב חממות במכון ויצמן כך שיכילו גידולים המתקיימים בשלוש מערכות אטמוספריות שונות: התנאים האטמוספריים על-פני כדור הארץ טרם המהפכה התעשייתית; התנאים של ימינו אנו; תנאים בהם ריכוז גזי החממה גדול פי שניים ממצבו הנוכחי. בכוונתו גם לחקור את מנגנוני העמידות בפני בצורת של עצי הלימון, מחקר אותו התחיל במכון וולקני. "גם השקיה אינה מסוגלת לבטל את ההשפעות של בצורת על עצי פרי, כך שעמידותם של עצי לימון, שקד, זית ועצים נוספים הצומחים בישראל עשויה לאפשר להם לצמוח גם באזורים צחיחים יותר", הוא מסביר. למחקר זה עשויות להיות השלכות חיוביות עבור מדינות שמעוניינות לגדל גידולים מסוג זה אך האקלים השורר בהן אינו מאפשר זאת. כמו כן, פירות המחקר עשויים לסייע לאנושות להתכונן לקראת עידן אקלימי חם ויבש יותר בעתיד.

Dr. Tamir Klein is supported by the Benoziyo Fund for the Advancement of Science, the Monroe and Marjorie Burk Fund for Alternative Energy Studies, the Merle S. Cahn Foundation, and Mr. and Mrs. Norman Reiser, Annadale, VA. He is the incumbent of the Edith and Nathan Goldenberg Career Development Chair

ניווט עטלפים והמוח האנושי

מי שטבע את המונח "עיוור כעטלף"כנראה לא ידע כי עטלפים רואים היטב כמעט כמו בני אדם. עטלפים גם שומעים היטב ומסוגלים לנווט באמצעות "איכּוּן באמצעות הד" (Echolocation) – מערכת המבוססת על קול. מתברר, כי גם ללא קלט חושי מהיעד שלהם, עטלפים מסוגלים למצוא את דרכם אל היעד בהצלחה, הודות לסוג מסוים של נוירונים במוחם, אשר זוהו לאחרונה על-ידי מדענים במכון ויצמן למדע.

גילויים של נוירונים אלו, הממוקמים בחלק של המוח הקשור לזיכרון, חושפים חיבור, שלא היה ידוע בעבר, בין זיכרון וניווט במוחם של יונקים. המחקר, המבוסס  על עטלפים, עשוי לשפוך אור גם על האופן שבו אבדן זיכרון ואבדן התמצאות קשורים זה בזה אצל בני אדם הלוקים במחלת האלצהיימר.

המחקר בוצע על ידי פרופ'נחום אולנובסקי והסטודנטית איילת שראל, שניהם מהמחלקה לנוירוביולוגיה, בשיתוף פעולה עם עמיתיהם למחלקה ד"ר ארסני פינקלשטיין וד"ר ליאורה לס. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת  Scienceבחודש ינואר האחרון.

נתיב טיסה מחושב

על-מנת להבין כיצד מבצעים עטלפים  את החישובים העצביים המורכבים, אשר נדרשים לניווט ליעד מסוים, פרופ'אולנובסקי ועמיתיו אימנו עטלפי פירות מצריים לטוס במסלולים מורכבים בחדר תעופה מיוחד שהותאם לכך מראש. החדר כלל אתר נחיתה בודד – יעד הניווט – בו יכלו העטלפים לאכול ולנוח. בעת שהעטלפים טסו, החוקרים השתמשו במערכת אלחוטית כדי לרשום את פעילותם של 309 נוירונים באזור ספציפי במוחו של העטלף, הנקרא היפוקמפוס.

המדענים גילו, כי כחמישית מהנוירונים שנבדקו בהיפוקמפוס היו מיועדים להכוונת-מטרה; נוירונים אלו היו פעילים באופן מקסימלי כאשר העטלף נע בזווית מסוימת ביחס ליעד – ומרבית הנוירונים הפגינו פעילות מלאה כאשר העטלף נע ישירות לכיוון היעד. במהלך גיחות שבהן הסתיר וילון אטום את היעד וחסם את הקלט החושי של העטלף – ראייה, איכון באמצעות הד וריח – חלק ניכר מהנוירונים המשיכו לקודד את הכיוון אל היעד המוסתר. ממצא זה מעיד כי האות הכיווני נוצר כתוצאה ממידע אודות היעד שאוחסן בזיכרונו של העטלף.

החוקרים גם גילו תופעה נוספת: נוירונים מסוימים בהיפוקמפוס קודדו מידע בנושא מרחק ולרוב פעלו באופן מקסימלי כאשר העטלף היה מצוי מרחק קטן מהיעד. אך במקום לפעול באופן מנותק מהנוירונים העוסקים בכיווניות, שיעור גדול של "נוירוני המרחק"הללו קודדו גם הם מידע בנוגע לכיווניות. עובדה זו עשויה לרמוז – בדומה לסברה המקורית של פרופ'אולנובסקי – כי נוירונים בודדים מסוגלים לייצג מידע וקטורי על מטרות – מידע חישובי מורכב הכולל חישוב של כיוון ומרחק גם יחד.

הקשר לאלצהיימר

מחקר  זה עוזר להבהיר את הקשר שבין ניווט וזיכרון – ולא רק בעטלפים.

"המנגנון הנוירונלי הזה, שעד כה לא נחשף, ממוקם בהיפוקמפוס, חלק של המוח הידוע כמעורב בתהליך אבדן הזיכרון בחולי אלצהיימר", אומר פרופ'אולנובסקי ומוסיף כי מחקרים בחקר המוח בבני אדם ובחיות מעידים  על תפקידו של ההיפוקמפוס במשימות ניווט. "נזק להיפוקמפוס הוכח כמזיק לתפקוד במהלך פעולות ניווט, מה שעשוי להסביר את הנטייה של חולי אלצהיימר ללכת לאיבוד".

אולם, כאשר מנגנון זה עובד כראוי, הוא יכול – בדיוק כמו מערכת GPSהמוטמעת במוח – לסייע לנו להגיע למחוז חפצנו.

"בדיוק כפי שהעטלף רוצה להגיע לפרי החבוי מאחורי הווילון, בני אדם עשויים לרצות להגיע למאהל מאחורי גבעה או לבית קפה החבוי מאחורי בניין משרדים", מסביר פרופ'אולנובסקי. "במקרים מעין אלו, גם אם החושים האחרים אינם מספקים רמזים אמינים, הרי שניתן לסמוך על המנגנון העצבי במוח שיעזור לנו לאתר את היעד על סמך הזיכרון. בניסוי זה, העטלפים הראו לנו איך זה מתבצע הלכה למעשה".

Prof. Nachum Ulanovsky is supported by the Lulu P. & David J. Levidow Fund for Alzheimers Diseases and Neuroscience Research, the Adelis Foundation, Mike and Valeria Rosenbloom through the Mike Rosenbloom Foundation, and the Harold and Faye Liss Foundation

מדענים ממכון ויצמן מציעים תשובה חדשה לתעלומה הגדולה ביותר של הירח

על אף שהוא מסמל בתרבויות רבות שלוות נפש ומתינות, הרי שהולדתו של הירח לפני מילירדי שנים הייתה דווקא בסימן אסון ולא ששון.

כעת, מדענים ממכון ויצמן למדע הדגימו באמצעות מודלים חישוביים את הנסיבות האלימות שבהן נולד הירח – נסיבות שכללו התנגשות של מספר רב של גרמי שמיים בפני כדור הארץ. בכך, השכילו החוקרים להציג תיאוריה אלגנטית אשר קוראת תיגר משמעותי על התרחיש המקובל להיווצרות הירח, הוא תרחיש "ההתנגשות הענקית" (The giant-impact hypothesis).

במחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Geoscience, בחנו הדוקטורנטית רלוקה רופו ופרופ'עודד אהרונסון מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת השערות  להיווצרות הירח, שעשויות להחליף את ההשערה המקובלת מאז שנות ה-70 של המאה העשרים. התיאוריה הרווחת גורסת כי עצם שמימי בסדר הגודל של מאדים התנגש בכדור הארץ, מה שהוביל להיווצרותה של דיסקה חמה ומסיבית בעלת סיבוב מהיר סביב כדור הארץ. הירח, לפי סברה זו, התגבש לצורתו הנוכחית כתוצאה מהתקררות והתגבשות של דיסקה זו לכדי מסה אחת. פרופ'אהרונסון וגב'רופו, לעומת זאת, העלו סברה כי הירח נוצר בסבירות גבוהה לאחר סדרת התנגשויות עם עצמים קטנים יותר, אשר הפיקו "ירחונים"שהתאחדו בסופו של דבר לירח המוכר לנו כיום.

ההשערה החלופית נולדה בעקבות הקושי ליישב בעיה מהותית בתרחיש "ההתנגשות הענקית". בהתאם לתרחיש זה, חלק נכבד מהחומר שנפלט לחלל הגיע מהגורם הפוגע, וחלק קטן יותר מפני כדור הארץ. אולם, מחקרים חדשים הוכיחו כי ההרכבים הכימיים של כדור הארץ והירח זהים כמעט לחלוטין – מה שעשוי להעיד על כך שרובו המכריע של החומר המרכיב את הירח הגיע מכדור הארץ. פליטה של כמות כה גדולה של חומר מכדור הארץ במכה אחת – אשר הייתה אמורה להוביל להיווצרות הירח כפי שהוא מוכר לנו כיום – דורשת תנאים מאוד מסוימים להתנגשות הקוסמית שהתניעה את התהליך, תנאים בלתי סבירים.

מחקרם של גב'רופו ופרופ'אהרונסון הציג מודל משכנע שעשוי לפתור את התעלומה. השניים עשו שימוש בתשתית חישובית בשם Chemfarmהמורכבת מלמעלה  מ-5,000 ליבות עיבוד, וביצעו באמצעותה 8000 סימולציות שונות. סימולציות אלו דימו הפצצה כבדה של כדור הארץ בימיה הראשונים של מערכת השמש בידי גורמים שמימיים חיצוניים שעשויים היו לגרום להיווצרות הירח. תוצאות המחקר רומזות כי הייתה זו סדרה של התנגשויות קטנות של גורמים מעין אלו עם כדור הארץ – ולאו דווקא מכה גדולה אחת – שהובילו להיווצרות הירח. התנגשויות קטנות אלו יצרו "ירחונים"שהקיפו את כדור הארץ, אשר לבסוף התמזגו לירח אחד.

פרופ'אהרונסון וצוותו, יחד עם ד"ר חגי פרץ מהטכניון, הציעו כי סדרה של התנגשויות קטנות  עשויה להסביר טוב יותר את אשר התרחש לפני מיליארדי שנים, כאשר מערכת השמש הייתה בשלבי התגבשות ראשוניים. גופים קטנים אלו היו נפוצים יותר במערכת השמש באותה תקופה, כך שהתנגשות שלהם בגופים גדולים כמו כדור הארץ הייתה סבירה הרבה יותר.

לפי פרופ'אהרונסון, התרחיש גם מציע הסבר לסתירה בין התיאוריה הקיימת והעובדה שהרכבי האיזוטופים בקרקע של הארץ והירח כמעט זהים. "אם מספר גופים שונים התנגשו עם כדור הארץ לאורך תקופה של מיליוני שנים, החתימות הכימיות השונות שלהם – למשל שיעור איזוטופ חמצן-16 ביחס לאיזוטופי חמצן כבדים יותר כמו חמצן-17 וחמצן-18 – מתאזנות לאורך זמן ובכך מטשטשות את העקבות של ההתנגשויות המקוריות", הוא מסביר.

לדברי רלוקה רופו, המודל החדש מספק בסיס איתן למחקרים עתידיים אודות הדינמיקה ארוכת-הטווח שהובילה להיווצרות הדמות המוכרת ביותר בשמי הלילה. "התרחיש החדש לא דורש תנאי פתיחה מדויקים במיוחד", היא אומרת. "ואם אכן הירחים הקטנים נכנסו לאותו מסלול סביב כדור הארץ, כפי שאנחנו סוברים, הרי שהם היו יכולים להיווצר לאורך מיליוני שנים".

Prof. Oded Aharonson is supported by the Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science, the Helen Kimmel Center for Planetary Science which he heads, the Minerva Center for Life under Extreme Planetary Conditions which he heads, the J & R Center for Scientific Research, and the Adolf and Mary Mil Foundation

נא להכיר: ד"ר גיא רוטבלום

ישראל היא מובילה עולמית בתחום אבטחת המידע, מעמד שאליה הגיעה בין היתר, הודות לחלוצי התחום המגיעים ממכון ויצמן למדע, דוגמת פרופ'עדי שמיר ופרופ'שפי גולדווסר. שני חוקרים אלה, אשר זכו בפרס טורינג – ה-"נובל של מדעי המחשב"– פיתחו שיטות הצפנה שתרמו לעיצובה של תקשורת הנתונים במאה ה-21. אך בעוד שהפיתוחים הללו עומדים בבסיס הטכנולוגיות המובילות כיום בתחום אבטחת המידע הדיגיטלי, יש צורך גובר בפיתוחן של שיטות חדשות ומשוכללות כדי להתמודד עם עומס המידע באינטרנט – לצורך אגירת מידע, אבטחתו או ניתוחו. שיטות אלה מאתגרות את פרטיותנו.

אתגרים מסוג זה חוקר ד"ר גיא רוטבלום, מדען צעיר שהצטרף לאחרונה למחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון ויצמן.

"בעידן המידע, ישנם פריטי מידע רגישים שנאספים ללא הרף", אומר ד"ר רוטבלום, שהשלים את לימודיו לתואר שני במכון תחת הנחייתו של פרופ'מוני נאור לפני שנסע ללימודי הדוקטורט שלו ב-MIT. המנחה שלו בבוסטון הייתה לא אחרת מאשר פרופ'גולדווסר, המחזיקה במינוי כפול במכון ויצמן וב-MIT. "לצד המידע הפרטי שאנחנו חולקים ברשתות החברתיות, יש מידע אודותינו שארגונים גדולים וממשלות אוספים ואוגרים באופן אוטומטי – החל מפרטי רכישות מקוונות, דרך היסטורית הגלישה שלנו ברשת וכלה במידע מדויק על כל הקלקה, לייק, או שיתוף – כל זאת מבלי לבקש מאתנו רשות".

רובנו מקבלים בהסכמה את האיסוף הזה של מידע, שמאפשר לתאגידי האינטרנט לשלוח לנו פרסומות מותאמות אישית, ולגופים כגון אמזון -  להבין מה נרצה להוסיף לעגלת הקניות הווירטואלית שלנו. אבל לדברי ד"ר רוטבלום, כאשר תאגידים וארגונים גדולים כורים מידע אישי ולאחר מכן משתמשים בו בפורום ציבורי, עלולות להיות לכך השלכות בעייתיות.

בשנות ה-90 של המאה העשרים, חברת הביטוח הממשלתית של מדינת מסצ'וסטס בארה"ב – אשר אחראית על ביטוחים קולקטיביים לעובדי המדינה – החליטה לתרום את חלקה למחקר הרפואי באמצעות שיתוף מאגרי המידע שלה, שהכילו מידע על ביקורי מבוטחיה בבתי חולים. מידע זה עבר תהליך "אנונימיזציה", בו הוסרו אמצעי זיהוי כגון שמות, כתובות ומספרי ביטוח לאומי. עם זאת, היה מי שהצליח לאחזר את המידע החסר ולזהות בחזרה את כל החולים ברשימה - על-ידי השוואה לפנקסי הבוחרים. ניסוי זה באבטחת מידע (או היעדרה) בוצע על-ידי סטודנטית לתואר מתקדם במדעי המחשב, שבחרה "לפרסם"את תוצאות עבודה בדרך מקורית: היא שלפה מספר רשומות ספציפיות מהמאגר ועשתה להן "דה-אנונימיזציה"ואז שלחה אותן – לצד האבחון הרפואי והמרשמים הרלוונטיים – לחולה הספציפי לו היו שייכות הרשומות: מושל מסצ'וסטס בכבודו ובעצמו.

"בימינו, אבטחת מידע לא רק קשורה בהסתרת סודות מהאקרים פליליים, שכן ארגונים חולקים מידע זה עם זה ממגוון סיבות לגיטימיות", אומר ד"ר רוטבלום. "הבעיה היא שהשימוש הציבורי במידע מסוג זה עלול לייצר השלכות אישיות משמעותיות".

ד"ר רוטבלום צבר ניסיון ממשי בחקר סוגיות חברתיות הקשורות לפרטיות, הן בעולם האקדמיה והן בתעשייה. לאחר שהשלים את הפוסט-דוקטורט באוניברסיטת פרינסטון, הוא בילה שלוש שנים בחברת מיקרוסופט, במהלכן פעל כחלק מצוות שמטרתו  לקדם את המדע – ולהבטיח את עתידה של מיקרוסופט – על-ידי בחינה של האופנים בהם פרטיות והצפנה משפיעות על טכנולוגיה חדשה.

כאן במכון ויצמן, מקווה ד"ר רוטבלום שהגישה התיאורטית אותה פיתח תוביל לפיתוח של הגדרות מתמטיות ברורות של פרטיות ושל חשיבותה בעולם משתנה.

"אנחנו צריכים להגיע למצב שבו ניתוחים של מידע צבור בקנה מידה גדול יכולים לשפר את פני החברה ובד בבד לשמור על פרטיותם של בני אדם", הוא אומר. "בסופו של דבר, הכל תלוי באופן שבו אנחנו מנצלים את כמויות המידע העצומות הנערמות סביבנו, שהן תולדה של שימוש בטכנולוגיה מודרנית".

ד"ר רוטבלום הוא ישראלי-אמריקאי שנולד למשפחת אקדמאים; אביו היה חבר סגל באוניברסיטת ייל ובטכניון, ואחיו הצעיר – מדען שרכש את השכלתו במכון ויצמן – שוהה כעת ב-MITבמסגרת פוסט-דוקטורט אצל פרופ'גולדווסר. אך לאחר שנים רבות בהן התגורר בארה"ב, ד"ר רוטבלום שמח מאוד לשוב לרחובות.

"כחבר סגל צעיר, אני רק מתחיל להבין איך דברים עובדים מבפנים, אבל הנתונים מצביעים כולם על דבר אחד", הוא אומר. "אני לא יכול לדמיין לעצמי מקום טוב יותר לקיים בו את המחקר שלי מאשר מכון ויצמן".

ד"ר עופר יזהר מאיר תאים במוח כדי לגבור על פחד

אחסונם של זיכרונות מפחידים במוחנו, כפי שקורה למשל בהפרעה פוסט-טראומטית, עלולה לגרום לאנשים לשקוע בדיכאון חמור. מדענים ממכון ויצמן למדע הצליחו להדגים כיצד תאורה של אזור מסוים במוח עשויה לשחרר מעט את אחיזתם של זיכרונות כאלה במוח ובכך לצמצם את ההתנהגות המונעת מפחד.

במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Neuroscience, מדגימים ד"ר עופר יזהר מהמחלקה לנוירוביולוגיה וצוות של חוקרים כיצד ניתן לצמצם את כמות התגובות ה-"מתוזמנות"שמקושרות אצלנו לזיכרונות מפחידים. זאת, באמצעות שימוש באופטוגנטיקה – טכנולוגיה  שמאפשרת להנדס גנטית  תאי מוח  מסוימים  כך שיהיו רגישים לאור, ולאחר מכן להפעילם  באמצעות הבזקים של אור ממוקד.

צוות המחקר כלל את הפוסט-דוקטורנטים ד"ר מתיאס פריגה וד"ר עודד קלאויר (כעת חוקר באוניברסיטת חיפה) ואת  פרופ'רוני פז, מהמחלקה לנוירוביולוגיה, והסטודנטית איילת שראל.

לגרום לקצר במסר

במהלך הניסויים שערכו המדענים, נחשפו עכברי מעבדה לתנאים מעוררי-פחד לצד צלילים שלמדו לקשר לפחד עצמו. לאחר שביססו כהלכה את הקשר בין הצליל לפחד, החוקרים השתמשו באור לייזר ממוקד כדי להפעיל נוירונים ספציפיים במוחם של העכברים. כתוצאה מכך, העכברים הפסיקו להפגין רתיעה כאשר שמעו את הצליל, ובכך "שכחו"שהיו מפוחדים קודם לכן.

בניסוי אחר, ההפעלה האופטוגנטית הצליחה לקדם "למידת היכחדות" (extinction learning) – הפחתה הדרגתית בתגובות מותנות לגירויים מעוררי-פחד. בדומה למצב שבו הסובלים מפוסט-טראומה מפתחים עמידות לגירויים שבעבר היו גורמים להתפרצות תחושת הטראומה, העכברים – שמטבעם היו חששניים – הפגינו רמות נמוכות יותר של פחד לאחר הטיפול.

התאים שעליהם הפעילו ד"ר יזהר ועמיתיו את המניפולציה מוכרים כמעורבים בתקשורת בין שני אזורים שונים של המוח – האמיגדלה (amygdala), אשר אחראית בין היתר על הרגש, וקליפת המוח הקדם-מצחית (prefrontal cortex, או בקיצור, PFC) הקשורה ב אחסון זיכרונות לטווח ארוך. מחקרים קודמים הצביעו על האפשרות שהתקשורת בין שני אזורים אלה במוח תורמת להיווצרותם ואחסונם של זיכרונות שליליים, וכן כי אינטראקציות אלו נפגמות אצל אנשים הסובלים מהפרעה פוסט-טראומטית. אולם, המנגנונים המדויקים המניעים את התהליכים הללו טרם ידועים לנו.

צוות החוקרים השתמש בנגיף מהונדס גנטית כדי לסמן את הנוירונים באמיגדלה שמתקשרים על בסיס קבוע עם הקורטקס. בשלב השני, הם השתמשו בנגיף נוסף כדי להחדיר גן האחראי על הפקת חלבון רגיש לאור בנוירונים אלה. כאשר כיוונו אל המוח אלומת לייזר ממוקדת, רק הנוירונים שהכילו את החלבונים הרגישים לאור הפכו לפעילים, ובכך אפשרו לחוקרים למפות את הנוירונים בקורטקס שקיבלו את האיתותים הרלוונטיים מהנוירונים באמיגדלה.

יתרה מכך, החוקרים מצאו כי גירוי הנוירונים באמיגדלה באמצעות אור בתדר גבוה, הפחית את התקשורת שלהם עם מקביליהם בקורטקס. ההליך לא רק שיבש את היווצרותה של תגובת "פחד"בעכברים, אלא גם הפחית את העוצמה של תגובות הפחד שנקשרו במוחם לסימנים חיצוניים מסוימים – ובכך הקלו את ההתגברות על הפחדים.

מחקר זה הראה כיצד אותות המועברים בין שני אזורים שונים של המוח ביונקים תורמים להיווצרותה של תחושת הפחד. החוקרים מקווים כי ממצאים אלה יסייעו  לרופאים ולמומחי בריאות הנפש לבנות פרוטוקולים רפואיים חדשים לטיפול שידכא זיכרונות רעים בבני אדם.

"קל לנו לזכור את הדברים הנוגעים ללבנו, בין אם הם חיוביים או שליליים; וזוהי גם הסיבה לכך שזיכרונות של אירועים טראומטיים נשארים אתנו לזמן ממושך יותר, ובכך גורמים לאנשים לסבול מהפרעה פוסט-טראומטית", אומר ד"ר יזהר. "הבנה טובה יותר של המעגלים הנוירולוגיים האחראיים על השרשת הפחד במוח – בשילוב עם היכולת לבצע מניפולציות על מעגלים אלה – עשויה לתרום לשכלולם של מנגנוני שיקום שיסייעו לחולים לרכוש מחדש את עמידותם הרגשית".

Dr. Ofer Yizhar’s research is supported by Jean-Charles Schwartz and Marc – Antoine Schwartz; the Adelis Foundation; the Candice Appleton Family Trust; Paul and Lucie Schwartz, Georges; and the Vera Gersen Laboratory.  Dr. Yizhar is the incumbent of the Gertrude and Philip Nollman Career Development Chair