פרופ”ח שחר קוטינסקי מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי ופרופ׳ ראמז דניאל מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית הם שניים מהחוקרים המובילים בפרויקט Neu-ChiP. הפרויקט האירופי החלוצי צפוי לחולל מהפכה בהתפתחות המחשוב ושינוי פרדיגמה בתחום הבינה המלאכותית.
פרופ”ח שחר קוטינסקי
בתוכנית שותפים הטכניון וארבעה גופים נוספים: אוניברסיטת אסטון בבריטניה, אוניברסיטת ברצלונה בספרד, המרכז הלאומי למחקר מדעי (CNRS) בצרפת וחברה שוויצרית המתמחה בחיבור בין תאים לרכיבים אלקטרוניים (3Brain). הפרויקט יוצא לדרך בהשקעה גדולה של המועצה האירופית למחקר באיחוד האירופי: 3.5 מיליון יורו.
יעילותה העצומה של הבינה המלאכותית הובילה להשקעה מתמשכת בתחום זה. רשתות נוירונים רבודות, למידה עמוקה ולמידה חישובית חדרו לכל תחומי החיים – בריאות, כספים, תחבורה אוטונומית, זיהוי דיבור ועוד. אפל, גוגל, אמזון, נטפליקס ופייסבוק משקיעות משאבים עצומים בבינה מלאכותית כדי לשפר את מוצריהן ולהתאימם לצרכיו של המשתמש הספציפי.
אולם מורכבות טכנולוגית מגיעה בדרך כלל במחיר כספי ואנרגטי גבוה, וזה הרקע לפיתוחו של המחשוב הנוירומורפי: קונספט חדשני השואב השראה מהמוח ומבצע, בדומה למוח, פעולות רבות במקביל. חוקרי הטכניון פרופ’ קוטינסקי וד”ר דניאל הם מומחים בתחום זה, וכבר הציגו בעבר הישגים דרמטיים ובהם שבב נוירומורפי המאופיין בזיכרון אסוציאטיבי וביכולת למידה.
פרופ׳ ראמז דניאל
ועדיין, המורכבות מציבה אתגרים טכנולוגיים לא פשוטים וגובה כאמור מחיר, וכאן נכנסת לתמונה המעבדה הגדולה בעולם: האבולוציה. נוירונים, שנוצרו בתהליך אבולוציוני ממושך, מפגינים יכולות עצומות העולות במקרים רבים על ביצועיהם של התקנים מלאכותיים שפיתח האדם. תאים אלה מבצעים פעולות מסוימות במהירות וביעילות, תוך חיסכון אנרגטי מרשים. כעת, בפרויקט Neu-ChiP, צפוי האדם לרתום תאי גזע (המדמים נוירונים) להעצמת היכולות החישוביות של מערכות מלאכותיות. כדי להפעיל את תאי הגזע באופן מבוקר יכוונו אליהם אלומות אור שיעוררו אותם. באמצעות מידול תלת-ממדי ממוחשב אפשר יהיה לעקוב אחר תגובת התאים ולהעריך את התאמתם לשימושים אלקטרוניים.
פרויקט Neu-ChiP, מסביר פרופ’ קוטינסקי, “מציג פרדיגמה חדשה לגמרי של מחשוב נוירומורפי: גידול שכבות של נוירונים ביולוגיים על רכיב ייעודי (ביוצ’יפ). אנחנו בטכניון מביאים למחקר בעיקר את ההיכרות המעמיקה עם מודלים אלקטרוניים בכלל ועם חומרה נוירומורפית בפרט.”
“בהקשר של ביולוגיה סינתטית,” אומר ד”ר דניאל, “מרשים מאוד לראות כיצד המחשוב בתאים חיים התקדם מהדיגיטלי, דרך האנלוגי, לקראת פרדיגמה חדשנית של מחשוב נוירומורפי.”
לסיכום, אם עד כה התמקד חקר הבינה המלאכותית בבניית רשתות נוירונים מלאכותיות בהשראת המוח, בפרויקט הנוכחי תיבנה מערכת מחשוב המבוססת על תאים ביולוגיים. רשת הנוירונים הביולוגית הזאת צפויה להאיץ תהליכים חישוביים ואף לאפשר פעולות שאינן זמינות במחשוב הקלאסי. אף שהמטרה העיקרית של הפרויקט היא טכנולוגית והנדסית, המשתתפים מעריכים כי המחקר שיתקיים במסגרתו יקדם את חקר המוח ואולי גם יוביל לפיתוחם של טיפולים חדשניים במחלות הקשורות במוח ובתאי גזע.
תרבית נוירונים הגדלה על מיקרוצ’יפ תלת-ממדי. הנוירונים ממוקמים בקצה האלקטרודות ובבסיסן. צולם במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) Credit: 3Brain AG
אותם תאים סרטניים אינם מקשה אחת אלא משפחה עצומה ומגוונת, ותהליכים המאפיינים תא סרטני אחד אינם מתקיימים בהכרח בתא סרטני אחר. לכן, כאשר אנו באים לטפל בגידול באופן המתואר לעיל, עלינו לדעת מראש אם התהליכים שאנו ‘מיירטים’ בטיפול אכן אופייניים לתא היעד. רק כך נוכל להתאים את הטיפול לגידול, כפי ששואפת הרפואה המותאמת אישית. אם נדע מראש אם הגידול יגיב לטיפול נוכל לחסוך ניסוי וטעייה הגוזלים זמן ומשאבים, ובעיקר עלולים לאפשר לגידול לשגשג עד למציאת הטיפול המדויק המתאים.
קבוצת המחקר של פרופ’ תומר שלומי מהפקולטה למדעי המחשב, הפקולטה לביולוגיה ומרכז לוקיי למדעי החיים וההנדסה בטכניון גילתה תהליך כזה – תהליך שעל בסיסו אפשר לפגוע באופן סלקטיבי וספציפי בתאי הסרטן בלי לגרום נזק לרקמה הבריאה. הממצאים פורסמו בכתב העת Cell Metabolism.
התהליך האמור הוא מעגל הפולאטים – מרכיב חיוני בייצורם של הדי-אן-איי ושל האר-אן-איי. מאחר שייצור די-אן-איי הוא שלב מכריע בחלוקת התא ולכן גם בהתפתחות של גידול סרטני, פגיעה במחזור הפולאט היא יעד כימותרפי מקובל. הבעיה היא שמאותה סיבה בדיוק, פגיעה במחזור זה גוררת נזק גם לרקמות בריאות ולכן גם תופעות לוואי.
בנקודה זו קיים הבדל בין תאים בריאים לתאי סרטן מסוימים. בתאים בריאים יש שני מעגלי פולאט – האחד מתרחש בציטוזול, הנוזל הממלא את התא, והשני במיטוכונדריה, יצרנית האנרגיה בתא. לכן פגיעה במעגל הציטוזולי לא תוביל לחיסול התא אלא להמרת הנתיב הציטוזולי לנתיב המיטוכונדרי, והתא ישרוד. בתאי סרטן מסוימים, לעומת זאת, מתקיים רק המעגל הראשון, הציטוזולי, ופגיעה בו תוביל למות התא.
לכן חשוב מאוד לזהות, עוד לפני תחילת הטיפול, את סוג התא הסרטני – האם הוא אכן תא מהסוג המתואר ופגיעה בנתיב הציטוזולי תוביל למותו. גם כאן מצאה קבוצת המחקר את הפתרון: זיהוי רגישות התא לפגיעה בנתיב הציטוזולי על סמך רמתו של חלבון בשם RFC. חלבון זה, הנמצא על גבי ממברנת התא, מבקר את כניסתם של פולאטים לתוך התא. לכן רמת חלבון נמוכה מעידה שחסימת הנתיב הציטוזולי תוביל למות התא הסרטני.
לסיכום, קבוצת המחקר של פרופ’ שלומי פיתחה קונספט טיפולי המבוסס על זיהוי התאים הסרטניים הפגיעים ועל פגיעה במסלול הפולאט הציטוזולי. בשל ההבדל המטבולי בין תאים אלה לתאים הבריאים יפגע טיפול זה רק בתאים הסרטניים הפגיעים ולא ברקמות הבריאות שמסביב.
המחקר עוסק באחד מהרעיונות היסודיים ביותר במתמטיקה – קבועים מתמטיים. קבוע מתמטי הוא מספר שמופיע באופן טבעי בפיתוחים מתמטיים וערכו אינו משתנה. לקבועים מתמטיים רבים יש ערך עצום במתמטיקה אבל גם בתחומים חיצוניים למתמטיקה ובהם ביולוגיה, פיזיקה, ואקולוגיה.
יחס הזהב וקבוע אוילר הם דוגמאות לקבועים יסודיים כאלה. פאי, קבוע מפורסם במיוחד, נחקר עוד בימי קדם בהקשר של היקף המעגל, וכיום הוא מופיע בחישובים רבים בכל תחומי המדע, וחובבי מתמטיקה רבים מתחרים ביניהם מי יזכור יותר ספרות אחרי הנקודה: 3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230781640628620899862803482534
רמנג’ואן, יליד הודו (1887), היה נער עני שהגיע לקיימברידג’ בגיל 26 ביוזמתם של המתמטיקאים הבריטים גודפרי הארדי וג’ון ליטלווד. תוך שנים ספורות הוא חלה, חזר להודו ומת בה בגיל 32. למרות גילו הצעיר הוא רשם בתקופה קצרה זו הישגים עצומים בעולם המתמטיקה.
אחת מיכולותיו הנדירות של רמנג’ואן הייתה בניסוח נוסחאות מתמטיות באופן אינטואיטיבי וללא הוכחה. לכן החליטו חוקרי הטכניון לקרוא לאלגוריתם שלהם “מכונת רמנג’ואן”, שכן הוא מייצר השערות בלי להוכיחן, וזאת במעין חיקוי של אינטואיציה המבוסס על בינה מלאכותית וכוח מיחשוב גדול.
לדברי ד”ר קמינר, “התוצאות שלנו מרשימות כי למחשב לא אכפת אם ההוכחה קלה או קשה, והוא אינו משתית את התוצאות החדשות על שום ידע מוקדם במתמטיקה – רק על הספרות של קבועים מתמטיים. האלגוריתמים שלנו עובדים במידה רבה כמו רמנג’ואן עצמו, שהציג תוצאות ללא הוכחות. חשוב להדגיש כי האלגוריתם עצמו אינו מסוגל להוכיח את נכונותן של ההשערות – המשימה הזאת נותרת בשלב זה מלאכתם של מתמטיקאים בני אדם.”
ההשערות שמחוללת מכונת רמנג’ואן הטכניונית סיפקו נוסחאות חדשות לקבועים מתמטיים מפורסמים כמו פאי, קבוע אוילר (e), קבוע אפרי (הקשור לפונקצית זטא של רימן) וקבוע קטלן. למרבה ההפתעה, האלגוריתמים שפיתחו חוקרי הטכניון הצליחו לייצר לא רק נוסחאות ידועות לקבועים המפורסמים אלא גם כמה השערות שלא היו ידועות עד כה. להערכת החוקרים, אלגוריתם זה יוכל להאיץ משמעותית את יצירתן של השערות מתמטיות על קבועים יסודיים ולעזור במציאת קשרים חדשים בין קבועים כאלו.
כאמור, השערות אלו היו מבוססת עד כה על גאונות נדירה – נדירה כל כך, שסך כל הנוסחאות לקבוע פאי שגילה גאוס “נסיך המתמטיקה” בכל עבודת חייו מתגלות על ידי מכונת רמנוג’אן הטכניונית תוך שעות ספורות של הרצת האלגוריתם, יחד עם עוד עשרות נוסחאות אחרות שגאוס לא הכיר.
לדברי ד”ר קמינר, “רעיונות דומים יוכלו להוביל בעתיד לפיתוח השערות מתמטיות בכל תחומי המתמטיקה, וכך לספק כלי מחקרי משמעותי למחקר מתמטי.”
קבוצת המחקר השיקה את האתר RamanujanMachine.com, שנועד להגדיל את מעורבותו של הציבור בקידום המחקר המתמטי באמצעות השראה וכלים יישומיים שיהיו זמינים למתמטיקאים ולקהל הרחב. עוד לפני פרסום המאמר נרשמו לאתר מאות סטודנטים, מומחים ומתמטיקאים חובבים.
המחקר החל כפרויקט לסטודנטים בתואר ראשון בתוכנית רוטשילד-טכניון למצוינים, בהשתתפות של גל רעיוני וג’ורג’ פישה, והמשיך במסגרת פרויקטי מחקרבפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי בהשתתפות שחר גוטליב, יואב האריס ודורון חביב. שם גם התרחשה פריצת הדרך המשמעותית – אלגוריתם שפיתח שחר גוטליב – אשר שיגרה את המאמר ל-NATURE.
ד”ר קמינר מוסיף שהתגלית המתמטית הכי מעניינת שהתגלתה עד כה על ידי האלגוריתמים של מכונת רמנוג’אן קשורה למבנה אלגברי חדש שמתחבא בתוך קבוע קטלן. מבנה זה התגלה על ידי יהל מנור, תלמידת כיתה י”ב שהשתתפה בפרויקט במסגרת תוכנית אלפא לתלמידים מצטיינים בטכניון. תוכנית אלפא (תוכנית למחקר בתחומים מדעיים), המופעלת במוסדות האקדמיים ברחבי הארץ, היא מיזם משותף של מרכז מדעני העתיד של קרן מיימונידיס ומשרד החינוך.
ד”ר קמינר מציין כי “במחקר השתתפו גם חברים מהתעשייה – אורי מנדלוביץ’ וירון חדד, שתרמו רבות לקונספטים המתמטיים והאלגוריתמיים שבבסיס מכונת רמנוג’אן. חשוב לציין שהפרויקט כולו נערך בהתנדבות, לא מומן על ידי שום גורם, והמשתתפים הצטרפו אליו מתוך סקרנות מדעית טהורה.”
ד”ר עדו קמינר הוא ראש המעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע”ש רוברט ורות מגיד, חבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי ובמכון למצב מוצקוחברבמכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע”ש הלן דילר.
הזית, אחד משבעת המינים, נחשב לפרי בעל ערכים תזונתיים חשובים. חומצת השומן העיקרית בזיתים היא החומצה האולאית, שצריכתה כחלק מתזונה מאוזנת תורמת להגנה מפני מחלות לב. הפוליפנולים הטבעיים בזיתים, ובראשם הידרוקסיטירוזול, תורמים גם הם לבריאותנו וליציבות החימצונית של הזיתים.
פרופ’ אילת פישמן
הזית מילא עוד בימי קדם תפקיד משמעותי בכלכלתה של ארץ ישראל ובתרבותה והפך למרכיב בסיסי בתזונה הים-תיכונית. בשנות ה-90 התגלו בכפר סמיר מדרום לחיפה ממצאים ארכיאולוגיים תת-ימיים המלמדים על ייצור שמן זית כבר לפני כ-7,500 שנה. עם זאת, הכנתם של זיתים למאכל, ולא לשמן, נחשבה עד לאחרונה לפיתוח מאוחר מאוד.
כעת, הודות למחקר המתבסס על ממצאים שהתגלו באתר הכלקוליתי המוצף “חישולי כרמל” מול חופי חיפה, עולה כי נעשה שימוש בזיתים למאכל לפני 6,600 שנה. במחקר בהובלת פרופ’ אהוד גלילי ממכון זינמן לארכיאולוגיה באוניברסיטת חיפה, השתתפה פרופ’ אילת פישמן מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון. המאמר, פורסם ב-26 בינואר 2021 בכתב העת Nature Scientific Reports.
ה”חשד” בדבר הכנתם של זיתי מאכל בתקופה קדומה כל כך עלה במחשבתו של פרופ’ גלילי בעקבות גילויים של אלפי גלעיני זיתים שלמים בבורות ייעודיים מתחת למים באתר חישולי כרמל. זאת משום שייצור שמן זית בתקופה הקדומה חייב את כתישת הזיתים בין אבני ריחיים, תהליך שהותיר את הגרעינים מחורצים ומפורקים.
בפני החוקרים עמדה שאלת ההיתכנות של תהליכים של הכנת זיתים למאכל בתקופה קדומה כל כך. זיתים מכילים תרכובות מרירות, וכדי שיהיו ראויים למאכל הם עוברים שטיפה ממושכת במים ולאחר מכן תסיסה בנוכחות כ-10% מלח. התנאים הללו מאפשרים לחיידקים לקטיים לשגשג, להוריד את החומציות ובכך לאפשר את שימור הזיתים לאורך זמן. גם התפתחות מבוקרת של שמרים תורמת לתהליך התסיסה ויצירת הטעמים הרצויים.
האם התושבים בחוף הים הכירו את התהליכים המיקרוביאליים האלה? האם אפשר לייצר זיתים ראויים למאכל גם באמצעות התססה במי-ים המכילים 3.5% מלח בלבד?
כדי להשיב על כך ערכה פרופ’ פישמן ניסוי עם ד”ר זהר בן-ברק זילס, ובו הן הכינו זיתים במי-ים ללא החומרים המקובלים בתעשיית הזיתים – סודה קאוסטית או תוספת סטרטר (מיקרואורגניזמים מתסיסה קודמת לשיפור האחידות והיעילות של התהליך). קבוצת הביקורת הכילה זיתים שהוכנו במליחות של 11%.
מוביל המחקר ד”ר אהוד גלילי מאוניברסיטת חיפה
ספירת החיידקים הכללית בזיתים שטופלו במי-ים אומנם אומנם הייתה גבוהה מזו שבביקורת, אולם חיידקי אנטרובקטריה הנחשבים מזיקים נעלמו כתוצאה מהעלייה בחומציות. גם רמות השמרים היו דומות לאחר חודשיים של התססה. מדידה של קשיות הפרי במד לחץ בתום הניסוי הראתה גם היא מדדים דומים בין זיתי הניסוי והביקורת.
בניסוי אחר נכבשו הזיתים במלח יבש שנאסף בקיץ מאזור החוף (מלח-ים גס), וגם כאן רמות החיידקים והשמרים היו דומות לאלה שבקבוצת הביקורת.
לממצאי הניסוי, ולנוכחותו של מצבור הגרעינים השלמים, מצטרפות ראיות נוספות המחזקות את ההשערה: נוכחותם עצי זית למרגלות הכרמל וסמיכות האתר לים.
במחקר השתתפו חוקרים ממכון וולקני בראשות ד”ר ארנון דאג, חוקרים מהמכון לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, חוקרים מהמכון לאבולוציה באוניברסיטת מונטפלייה בצרפת, חוקרים מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטה העברית בירושלים וחוקר מהמעבדה לתיארוך רדיואקטיבי של פחמן ממכון וייצמן. לדברי הבוטנאים ד”ר שמחה לב ידון, ד”ר עוז ברזני, וד”ר ארנון דג, “זיתי בר שגדלו בכרמל, וייתכן שגם מטעי זיתים קדומים, היו ככל הנראה המקור לתעשיית שמן הזיית וזיתי המאכל.”
לדברי פרופ’ גלילי, “באתרים חישולי כרמל וכפר סמיר לא מצאנו מבני מגורים אבל מצאנו בארות, מתקנים עגולים, אגני כתישה מאבן, מסננות עשויות מזרדים וכעת את מתקני ייצור הזיתים. ייתכן כי האתרים האלו היו ‘אזור התעשייה’ של תושבי חוף הכרמל בתקופה הכלקוליתית, והם החלו לייצר שמן זית לפני כ-7,000 שנה וזיתי מאכל לפני כ-6,600 שנה.”
בסגר הראשון כולם אפו לחמי שאור. בסגר השני התפתח טרנד הגינון הביתי, והרשתות החברתיות חשפו שלל תמונות איכותיות של עציצים וצילומי תקריב של סוקולנטים צבעוניים. את השינוי בטרנדים אפשר לייחס לכך שהסגר השני פגש את אזרחי המדינה במצב רוח ירוד יותר, כזה שגם פחמימות יתקשו לשפר. החובה להישאר בבית על אפנו ועל טפנו הפכה גם את הבתים המוארים והיפים ביותר ליצרני תחושת סגירות שדיירי הבית ניסו להקטין את השפעתה עם קצת ירוק בעיניים.
אפשר לגבות את הבחירה האינטואיטיבית במחקרים רבים שעסקו בחשיבותם של טבע ושל מרחבים ירוקים לרווחה הנפשית והפיזית של בני האדם; אבל מחקר חדש מבהיר ש “ירוק בעיניים” הוא רק קצה הקרחון, וכדי ליהנות מרווחה נפשית עלינו להתקרב ולגעת באלמנטים של הטבע. על פי המחקר שנערך בטכניון והתפרסם ב-Conservation Biology אין די באינטראקציה; חשוב כי המתכננים יעצבו אינטראקציה חיובית. השפעתה של אינטראקציה כזו מתרחשת בשני שלבים: “משימות התקרבות” כמו הרחה ונגיעה באלמנטים של טבע מגבירות את ההשתקעות בטבע; וזו מעצימה את ההנאה שמפיקים המשתתפים.
פרופ’ אסף שוורץ
החוקרים, פרופ’ אסף שוורץ וד”ר אגת קולאוני מהפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים וד”ר ליאת לבונטין מהפקולטה לתעשייה וניהול ע”ש דוידסון, מסבירים כי הקירבה לטבע משפרת את הרווחה הנפשית יותר מחשיפה פסיבית או ממבט אל הנוף הירוק. על סמך סקר שהם ערכו בקרב 1,023 מבקרים בפארק הטבע ברמת הנדיב הם מצאו כי ככל שהאינטראקציה עם הטבע הייתה יותר קרובה (למשל, כללה נגיעות באלמנטים של טבע או הרחה של פרחים), המבקרים היו מאושרים יותר בעקבות הביקור בשמורה לעומת מבקרים אחרים שחוו את הטבע יותר מרחוק (למשל, רק טיילו בטבע). “המחקר שלנו הראה שאנשים הקשורים רגשית לטבע מאושרים יותר באופן כללי ומפיקים תועלת רבה יותר מביקור בריאות ירוקות או בשמורות טבע,” מסביר פרופ’ שוורץ.
בעקבות הממצאים הללו ערכו החוקרים ניסוי בהשתתפות 303 סטודנטים בטכניון. כל המשתתפים בניסוי טיילו כחצי שעה בטבע שמסביב לטכניון, ולכל משתתף נתנה משימה אחת מתשע משימות שונות לבצע במהלך ההליכה – למשל להריח פרחים, לצלם תמונות של טבע, לגעת באלמנטים של טבע או לסגור את הטלפון הסלולרי. על פי הממצאים, המשתתפים שהתבקשו לבצע משימות שקירבו אותם לטבע (להריח פרחים, לגעת באלמנטים של טבע) אכן חשו קרובים יותר לטבע והרגישו טוב יותר אחרי ההליכה. בניגוד לסברה הרווחת שחשוב לחוות את הטבע בלי הפרעות, המשתתפים שהתבקשו לסגור את הטלפונים הניידים שלהם במהלך ההליכה דיווחו על תחושת ריחוק מהטבע, ונרשמה עלייה ברגשותיהם השליליים וירידה ברגשותיהם החיוביים אחרי ההליכה. לדברי ד”ר לבונטין, “יתכן שסגירת הטלפון הנייד גורמת דווקא לעלייה במחשבות עליו ול-FOMO, פחד מהחמצה אפשרית של תקשורת, ואינה מאפשרת אינטראקציה משמעותית עם הטבע.”
ד”ר אגת קולאוני
“כיום אנשים מנותקים יותר ויותר מהטבע, ויש לכך השלכות שליליות על בריאותם ורווחתם ועל החשיבות שהם מייחסים לעולם הטבע,” מסביר פרופ’ שוורץ. “חשוב לתכנן שטחים ירוקים המספקים אינטראקציות משמעותיות עם הטבע כדי לשפר את הזיקה לטבע ואת הרווחה הנפשית.”
“אני חושבת שכולנו חשנו בכך בתקופות הסגר האחרונות,” מוסיפה לבונטין, “אך יתכן שבשל הניתוק ההולך וגובר מהטבע, תכנון של שטחים טבעיים אינו מספיק כדי לייצר חוויית טבע משמעותית ולתרום לאיכות החיים. לכן צריך חשוב כיצד ניתן לעודד אנשים לצאת לטבע ולהעצים חוויית טבע.”
“כאן בדיוק נכנס המחקר שלנו,” מסביר פרופ’ שוורץ. “הראינו בניסוי שבעזרת רמזים קטנים, שקראנו להם ‘cues to experience’, אפשר לקרב אנשים אל הטבע ולחזק את חוויית הטבע בקרב מבקרים ואת הרגשות החיוביים בעקבות הביקור. אפשר אפילו להשתמש בטלפונים חכמים כדי ליצור לכולנו חוויות טבע משמעותיות בפארקים, בגנים ובשמורות הטבע. עם זאת, חשוב להקפיד לשמור גם על המגוון הביולוגי ולא לעודד אינטראקציות שעלולות לפגוע בטבע, למשל קטיפת פרחים. אדריכלי נוף ומתכננים סביבתיים צריכים לחשוב על פתרונות שיעודדו ייצור של אינטראקציות עם הטבע שהשפעתן השלילית על המגוון הביולוגי מצומצמת והשפעתן החיובית חזקה.”
ד”ר עדו קמינר זוכה בפרס בלווטניק קרן משפחת בלווטניק, האקדמיה למדעים של ניו יורק והאקדמיה הלאומית הישראלית למדעים הכריזו היום על הזוכים בפרסי בלווטניק למדענים צעירים בישראל לשנת 2021.
ואלה הם חתני פרסי בלווטניק לשנת 2021:
במדעי הפיזיקה וההנדסה: ד”ר עידו קמינר, הטכניון – מכון טכנולוגי לישראל
בכימיה: פרופ’ רפאל קליין, מכון ויצמן למדע
במדעי החיים: פרופ’ יוסי יובל, אוניברסיטת תל אביב
ד”ר עדו קמינר זוכה בפרס בלווטניק
פרסי בלווטניק מעלים על נס מדענים ומהנדסים צעירים ומבטיחים בשלב מוקדם בקריירה המקצועית שלהם, הן בשל הישגיהם יוצאי הדופן והן בשל ההבטחה הגלומה בהם לתגליות מדעיות בעתיד. הפרסים מוענקים לחוקרים עד גיל 42 בזכות מחקריהם פורצי הדרך בשלושה תחומים – מדעי החיים, כימיה ומדעי הפיזיקה וההנדסה.
פרסי בלווטניק למדענים צעירים בישראל מוענקים לצד הפרסים הבין-לאומיים אשר מוכרזים מדי שנה בארצות הברית ובבריטניה. הפרסים לשנת 2021 בישראל יוענקו בטקס חגיגי שיתקיים בירושלים, ככל שמגבלות הקורונה תאפשרנה, ב-1 באוגוסט 2021. הזוכים יצטרפו לקבוצה מובחרת של צעירים וצעירות ישראלים אשר זכו בפרסי בלווטניק בישראל למן שנת 2017, וכן לקהילת המדענים הבין-לאומית של בלווטניק, הצפויה למנות עד סוף השנה 350 מדענים ומהנדסים מרחבי העולם. כמו כן יזכו זוכי הפרס להשתתף מדי קיץ בסימפוזיון המדע השנתי של בלווטניק באקדמיה למדעים של ניו יורק, שבו מתכנסים זוכי הפרס בעבר ובהווה כדי לחלוק רעיונות חדשים וליצור שיתופי פעולה חוצי-תחומים.
“השנה החולפת הוכיחה את חשיבותו של מדע פורץ דרך”, ציין לן בלווטניק (Len Blavatnik), מייסד ויו”ר Access Industries וראש קרן משפחת בלווטניק, “זוהי חובתנו לעודד מדענים צעירים להרחיב את תחומי המחקר שלהם ולפרוץ את גבולות הגילוי המדעי. הישגיהם של שלושת הצעירים הישראלים יוצאי הדופן הללו הם עדות ליכולותיהם, להתמדתם ולדמיון שלהם – מאפיינים של חוקרים ישראלים צעירים רבים שימשיכו לתרום תרומות נכבדות למדע לדורות הבאים”.
ניקולס דירקס (Nicholas B. Dirks), נשיא ומנכ”ל האקדמיה למדעים של ניו יורק, אמר: “זוכי פרסי בלוווטניק לשנת 2021 בישראל הם קבוצה מרשימה של חלוצי מדע. בשם האקדמיה למדעים של ניו יורק אנו גאים בתרומתם של הצעירים הללו בישראל לקהילה המדעית העולמית ולשיפור החיים באמצעות מחקריהם. אנו מברכים אותם על הישגיהם ומצפים לראות מה צופן עתידם”.
פרופ’ נילי כהן, נשיאת האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, ציינה: “בעיצומה של שנה מאתגרת אנו גאים עד מאוד בכך שהמדענים הצעירים שלנו מתקדמים לעבר שיאים חדשים ומקדמים חדשנות מדעית ופריצות דרך. קרן משפחת בלווטניק והאקדמיה למדעים של ניו יורק, ועימן כמובן אנו, שמחים לכבד את המדענים הישראלים יוצאי הדופן הללו בפרס היוקרתי הזה”.
השנה הוגשו 37 מועמדים ומועמדות לפרס משבע אוניברסיטאות בישראל. חברי המועצה המדעית של הפרס, ובהם זוכי פרס נובל – חבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים פרופ’ אהרן צ’חנובר ופרופ’ דיויד גרוס, וכן יו”ר סוכנות החלל הישראלית ויו”ר המועצה הלאומית למחקר ולפיתוח פרופ’ יצחק בן ישראל, הוזמנו גם הם להציע מועמדים. ועדת שיפוט הכוללת מדענים בכירים בישראל מכל קטגוריה, בהובלת חברי האקדמיה הישראלית, בחרה את שלושת הזוכים.
על אודות הזוכים:
מדעי הפיזיקה וההנדסה:
ד”ר עדו קמינר
ד“רעידו קמינר (35), חבר סגלבפקולטה להנדסת חשמל ע“ש ויטרבי, הטכניון – מכון טכנולוגי לישראל
עבודתו של ד”ר עידו קמינר, ראש המעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע”ש רוברט ורות מגיד, השפיעה על חקר הפיזיקה הבסיסי ביותר באמצעות יישומים אשר משנים את ההבנה שלנו של האופי הקוונטי של אינטראקציות בין חומר לאור. טכנולוגיות חדשות אשר פותחו במעבדתו פותחות את האפשרות ליצירת מכשירי רנטגן קומפקטיים ומתכווננים לשימושים כגון סורקים במערכות אבטחה ודימות רפואי. ד”ר קמינר גם גילה היבטים חדשים של אפקט צ’רנקוב (Cherenkov Effect) – הבזק של אור הנראה כאשר חלקיקים זעירים עוברים דרך גז, נוזל או מוצק, שהתגלה לראשונה בשנת 1934. אפקט צ’רנקוב נתפס כמוסבר במלואו בפיזיקה קלאסית, אך ד”ר קמינר גילה תכונות קוונטיות נסתרות שלא זוהו בעבר בפיזיקה הקלאסית. גילוי זה הוביל אותו לפתח גלאים חדשניים לחלקיקים בעלי אנרגייה גבוהה למאיצי חלקיקים כמו אלה הפועלים ב-CERN (המרכז הגדול בעולם לחקר חלקיקים יסודיים בפיזיקה).
כימיה:
פרופ’ רפאל קליין (38), פרופ’ חבר וראש המרכז לעיצוב מולקולרי על-שם הלן ומרטין קימל, מכון ויצמן למדע
רוב החומרים מעשה ידי אדם הם סטטיים במהותם ולכן אינם מסוגלים להשתנות בתגובה לאותות חיצוניים. היכולת להגיב לגירויים חיצוניים כמו אור, חום או מגע היא חיונית לקיומם ולתפקודם של אורגניזמים חיים. ד”ר רפאל קליין, העוסק בכימיה אורגנית, פיתח חומרים ננו-דינמיים שתוכננו להחזיק במאפיינים “דמויי-חיים” אלה. לדוגמה, הוא יצר ננו-חלקיקים מגנטיים בעלי צורת קובייה אשר מסוגלים להרכיב את עצמם לכדי חומרים מורכבים בעלי סליל כפול בנוכחות של שדה מגנטי. לחומרים ננו-דינמיים אלה ואחרים יש שימושים פוטנציאליים בתחומים מגוונים, כגון טיהור מים, אחסון אנרגייה וזרזים שונים.
מדעי החיים:
פרופ’ יוסי יובל (41), פרופ’ מן המניין בביה”ס לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים וראש ביה”ס סגול למדעי המוח – באוניברסיטת תל אביב, חבר האקדמיה הצעירה הישראלית למדעים
פרופ’ יובל פועל לגשר על הפער בין שניים מהתחומים המשפיעים ביותר בביולוגיה – אקולוגיה (חקר בעלי החיים בסביבתם) ומדעי המוח (חקר האופן שבו המוח שולט בפעולות). הוא סייע לבסס את התחום החדש של נוירואקולוגיה, החוקר כיצד המוח שולט בהתנהגות בסביבה טבעית המשתנה במהירות – שילוב החיוני להבנתנו את התהליכים הביולוגיים בעולם הטבע.
פרופ’ יובל חוקר עטלפים על מנת ללמוד כיצד בעלי חיים מקבלים החלטות בסביבתם הטבעית. הוא מומחה מוביל במחקר על שימושם של עטלפים באיכון הד (סונר) כדי להתמצא ולנווט ברחבי העולם כמודל לאופן שבו המוח משלב מידע חושי להנחיית ההתנהגות. הוא פיתח מכשיר GPS ממוזער חדשני וסנסורים אחרים העוקבים אחר התנהגותם של עטלפים הנעים בחופשיות בטבע. עבודה זו מספקת תובנות רחבות יותר בדבר שאלות כגון כיצד בעלי חיים חשים את הסביבה שלהם, כיצד הם מנווטים, וכיצד הם מתנהגים בקבוצה. הסנסורים שפותחו במעבדה של פרופ’ יובל הפכו לזמינים, והם משמשים כיום מדענים מכל רחבי העולם.
פרופ’ יובל גם מיישם את מחקריו באיכון הד של עטלפים במגוון אפליקציות רובוטיות. למשל הוא מפתח שימושים שונים לאיכון הד בכלים אוטונומיים וברובוטיקה חקלאית.
על אודות פרסי בלווטניק למדענים צעירים
פרסי בלווטניק למדענים צעירים, אשר נוסדו ב-2007 על ידי קרן משפחת בלווטניק ומנוהלים על ידי האקדמיה למדעים של ניו יורק, מוקירים מדענים ומהנדסים צעירים מבטיחים באמצעות ציון הישגיהם יוצאי הדופן, הכרה בהבטחה הגלומה בהם לתגליות מדעיות בעתיד ועידוד חדשנותם המחקרית במענק שאיננו מוגבל למימון מחקר.
הפרסים נוסדו בניו יורק והוענקו תחילה למדענים ולמהנדסים מצטיינים במדינות ניו יורק, ניו ג’רזי וקונטיקט. בשנת 2014 הפכו לפרסים לאומיים ומאז מוענקים מדי שנה לזוכים מכל רחבי ארצות הברית. בשנת 2017 הושקו הפרסים בישראל בשיתוף עם האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, וכן בבריטניה.
עד לסוף שנת 2021 יהיה הסך הכולל של הפרסים שהוענקו 11.9 מיליון דולר.
למידע נוסף ולעדכונים על פרסי בלווטניק למדענים צעירים: www.blavatnikawards.org ; בטוויטר / בפייסבוק: @BlavatnikAwards
על אודות קרן משפחת בלווטניק
קרן משפחת בלווטניק היא תומכת פעילה במוסדות בולטים בתחומי החינוך, המדע, התרבות והצדקה בארצות הברית, בבריטניה, בישראל ובכלל ברחבי העולם. בראש הקרן עומד לן בלווטניק, תעשיין בין-לאומי, פילנתרופ, המייסד והיו”ר של Access Industries, קבוצה פרטית אמריקאית המנהלת השקעות כלל-עולמיות במגוון תחומים: משאבי טבע וכימיקלים, מדיה ותקשורת, נדל”ן, הון סיכון/טכנולוגיה, בידור, ביוטק ועוד.
האקדמיה למדעים של ניו יורק היא ארגון עצמאי ללא מטרת רווח שהוקם ב-1817, ומאז מחויב לקידום המדע והחברה ברחבי העולם. באמצעות יותר מ-20 אלף חברים ב-100 מדינות ברחבי העולם האקדמיה מקדמת ידע מדעי וטכנולוגי, מתמודדת עם אתגרים כלל-עולמיים באמצעות פתרונות המבוססים על מדע ומעניקה חסות למגוון רחב של יוזמות חינוכיות בתחומי המדע, הטכנולוגיה, ההנדסה והמתמטיקה (STEM).
האקדמיה מארחת תוכניות ומפרסמת תוכן במגוון נושאים, ובהם מדעי החיים והפיזיקה, מדעי החברה, תזונה, בינה מלאכותית, מדעי המחשב וקיימות. האקדמיה גם מספקת משאבים מקצועיים וחינוכיים לחוקרים בכל שלבי הקריירה שלהם.
האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים היא הגוף הבכיר בתחום המדע בישראל. האקדמיה נוסדה על פי חוק ב-1961 ופועלת כמרכז לאומי למדע ישראלי בכל תחומי המדעים, החברה והרוח.
האקדמיה מונה 132 חוקרים וחוקרות נבחרים הפועלים בשתי חטיבות – חטיבת מדעי הרוח וחטיבת מדעי הטבע. משימתה היא קידום מצוינות מדעית ישראלית, ייעוץ לממשלה בענייני מחקר ותכנון מדעי בעלי חשיבות לאומית, פרסום מחקרים שיש בהם כדי לקדם את המדע ושמירה על קשר פעיל עם הקהילה המדעית הבין-לאומית.
טל חקלאי הגיעה לטכניון לפני כשנתיים, סטודנטית חדשה בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב. לא היה לה שום רקע בתכנות, אבל החששות שלה הגיעו ממקום אחרי לגמרי: היא לא הכירה איש בטכניון. “לשמחתי,” היא אומרת, “מהר מאוד מצאתי חברים טובים, ואני לא מסוגלת לדמיין איך הייתי עוברת בלעדיהם את התואר. במיוחד בשנה האחרונה, כשלומדים רק מהבית, הם מצילים אותי.”
בשנה שעברה, עם פרוץ המגפה, הבינה חקלאי שמציאות חייהם של הסטודנטים החדשים השתנתה לגמרי – הם לומדים מהבית, או מהמעונות, ואין להם כמעט הזדמנות להכיר את הסטודנטים שלומדים איתם בסמסטר. “לפעמים כל מה שצריך זה מישהו שיענה לך על שאלה קטנה, אבל הסטודנטים החדשים כיום מתקשים להכיר סטודנטים אחרים שלומדים איתם ולכן קשה יותר להיעזר זה בזה וליצור קבוצות למידה.”
כך נולד ביוזמתה פרויקט “חבר טלפוני” שיצא לדרך לפני כמעט שנה, בסמסטר אביב 2020; חקלאי, סטודנטית מצטיינת ופעילה בוועד הסטודנטים הפקולטי, הקימה בתמיכת הוועד מערך חניכה המלווה סטודנטים חדשים ומעניק להם עזרה בלימודים. עד מהרה נרשמו לפרויקט יותר מ-200 סטודנטים חדשים ו-170 חונכים. החונכים הם סטודנטים ובוגרים של הפקולטה למדעי המחשב שמעניקים את העזרה בהתנדבות מלאה. היא ניהלה בעצמה את הפרסום, את ההרשמה, את גיוס החונכים ואת השיבוצים, כלומר את יצירת הקשר בין החונכים לסטודנטים החדשים.
כעת היא קיבלה על כך פרס הצטיינות חברתית מטעם הפקולטה. הפרויקט, כך הוסבר, לא רק סייע לסטודנטים החדשים בהבנת החומר הנלמד אלא גם יצר חברויות וקבוצות למידה החיוניות כל כך לחוויית הלימודים ולהצלחה העתידית בתואר.
הפרויקט נמשך השנה עם הסטודנטים שהצטרפו לפקולטה באוקטובר 2020, וכיום פעילים בו כ-130 חונכים.
חוקרות מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ע”ש דוידסון משתתפות במיזם אירופי גדול, במימון EIT Food של האיחוד האירופי, לשיפור אמון הציבור בספקי המזון. החוקרות, ד”ר ליאת לבונטין והדוקטורנטית קים פניאס, מצאו כמה עובדות מהותיות באשר ליחסם של הישראלים לספקי המזון. יותר מכל, כך מתברר, מבקש הציבור הישראלי שקיפות – שקיפות בקביעת המחיר, ביחס בין מחיר לגודל האריזה ובניהול משברים בתחום המזון.
“הציבור הישראלי נותן אמון רב במיוחד בחקלאים, וזאת בשל הזדהותו עימם והערכתו שרווחיהם אינם גדולים,” אומרת ד”ר לבונטין. “מגפת הקורונה אף הגבירה את תחושת ההזדהות האמורה ואת הרצון לסייע לחקלאים. התקופה האחרונה הגבירה גם את תחושת האמון כלפי היצרנים ואת התחושה שהם עושים כמיטב יכולתם לשמור על אספקת מזון סדירה ולא לנצל את המצב להעלאת מחירים.”
מנגד, המסעדות ושירותי ההסעדה סובלים מרמת אמון נמוכה, והמשבר פגע גם באמון בקמעונאים, שעל פי תחושות הציבור ניצלו את כוחם במהלך המשבר, העלו מחירים וביטלו הנחות ומבצעים. לדברי ד”ר לבונטין, “מן הסקר עולה כי גם האמון בגורמים הממשלתיים נמוך יחסית, שכן הציבור חש כי הרגולטור לא התערב מספיק בשוק המזון ולא הגן על התחרות.”
הממצאים הנוגעים לישראל התבססו על סקר אינטרנטי בהשתתפות 364 צרכנים, על קבוצות מיקוד של צרכנים, על סדנאות עם בעלי עניין בתעשיית המזון ועל ראיונות עם בעלי עניין בתעשיית המזון. במחקר הכלל-אירופי השתתפו 2,200 צרכנים משש מדינות ובהן ישראל. אלה ממצאיו העיקריים:
הציבור האירופי נותן אמון ביצרניות המזון. המגפה הנוכחית, ככלל, חיזקה אמון זה שכן היא הבליטה את יכולתן של שרשראות אספקת המזון לספק את המצרכים למרות השיבושים. העלייה הבולטת ביותר ברמת האמון התרחשה ביחס לחקלאים, הנתפסים כיצרנים קטנים, מקומיים ובלתי תלויים שעובדים קשה ובסיכון גבוה. עם זאת, רבים מהנשאלים הביעו רצון שהחקלאים ישפרו את ההתייחסות לבעלי החיים שהם מגדלים ויצמצמו את הפגיעה בסביבה.
במסגרת הפרויקט קיימו הגופים המשתתפים תחרויות מקומיות בקרב סטודנטים למיזמים תקשורתיים לשיפור אמון הצרכנים במזון. בתחרות בטכניון השתתפו חמש קבוצות, שתוצריהן נשפטו על ידי פרופ’ דנית עין-גר מאוניברסיטת תל אביב, ד”ר ליאת לבונטין מהטכניון ושתי נציגות מתעשיית המזון – מיכל גולדמן, יועצת עצמאית בכירה, ואסנת גולן, סמנכ”לית תקשורת, מותג חברה וקיימות מקבוצת שטראוס. במקום הראשון זכתה קבוצת “הלחם עליכם”. חברי הקבוצה שי שמול, אוראל אריאל וענבר ברנע ביקשו להעניק לצרכנים תחושה של מעורבות ביצירת הלחם. זאת באמצעות עידודם לפרסם מתכונים ברשתות חברתיות; חברות המזון יבחרו מתוכם מתכונים מוצלחים במיוחד וישווקו אותם כמוצרי מדף. להערכת חברי הקבוצה, תהליך כזה יעניק לצרכנים תחושה שהם שותפים בקבלת ההחלטות ויכולים להשפיע על אופיים של המוצרים היוצאים לשוק.
חוקרים מהטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית לניטור אוטומטי של מצבי עקה (stress) בגידולים חקלאיים. את הפיתוח הובילו אנשי GIP – המעבדה לעיבוד גאומטרי של תמונות בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב.
מדינת ישראל, שנודעה בעשורים הראשונים לקיומה כמעצמה של חקלאות מודרנית, הפכה במרוצת השנים לאומת ההייטק. בשנים האחרונות מתברר כי החיבור בין השניים – הייטק וחקלאות, ובקיצור אגריטק – עשוי להעניק דחיפה משמעותית לעולם המזון. זה הרקע להקמתו של מאגד “פנומיקס” של רשות החדשנות, שהמחקר הנוכחי נערך במסגרתו. המאגד נועד לקדם חדשנות מדעית וטכנולוגית באמצעות שיתוף פעולה בין מוסדות מחקר אקדמיים וחברות תעשייתיות.
חוקרי הטכניון – עוזר המחקר אלון זבירין, ראש מעבדת GIP פרופ’ רון קימל ומהנדס המעבדה ירון חונן – פיתחו טכנולוגיה חכמה לניטור ולניבוי של מצבי עקה בגידולים חקלאיים ולסגמנטציה של עלים. בהקשר הראשון מסביר זבירין כי “זיהוי עקת יובש מאפשר להציל את הצמח, לזהות מחלות ולנבא את כמויות היבול, וכל אלה הם נתונים חיוניים לחקלאי.” באמצעות צילומי צבע, צילומים תרמיים ולמידה עמוקה הצליחו החוקרים לנבא בהצלחה רבה מצבי עקה והתפתחות של עלים חדשים; בניסוי של הטכנולוגיה על שתילי בננה הושגה רמת ניבוי מרשימה – יותר מ-90% דיוק.
בהקשר השני – סגמנטציה של עלים – השיגו החוקרים תוצאות חסרות תקדים בזיהוי של עלי תודרנית לבנה (Arabidopsis) וטבק באמצעות למידה עמוקה. כדי לאמן את המערכת על כמות גדולה של דוגמאות הם פיתחו מאגר נתונים עצום של תמונות-עלים מלאכותיות, ולאחר מכן בדקו את הטכנולוגיה גם על גידולים אחרים – אבוקדו, בננה, מלפפון ותירס.
לדברי זבירין, “בפיתוח הטכנולוגיה שולבו חוקרים צעירים בתחילת דרכם, שהביאו רעיונות מעולים ועשו עבודה מצוינת. שניים מהם גם מופיעים כמחברים ראשיים במאמרים: דמיטרי קוזניצוב, שעומד לסיים תואר שני בהנחיית פרופ’ עירד יבנה ופרופ’ רון קימל, ושגיא לבנון – בוגר תוכנית המצוינות פסגות שהחל ללמוד לתואר שני בפקולטה.” המאמר על זיהוי עקה התפרסם ב-ECCV, הכנס האירופי לראייה ממוחשבת, והמאמר על סגמנטציה התפרסם בכנס CVPR.
מאגד “פנומיקס”
השם “פנומיקס” נגזור מהמונח “פנוטיפ” (phenotype), שמשמעותו תכונה נראית בעלת משמעות חקלאית, אגרונומית, או ביולוגית. במקרה שלפנינו מדובר באבחון מצב הצמח על סמך תכונותיו הנראות – צבע, צורה וגודל. אבחון אוטומטי כזה – פנוטייפינג – הוא כיום צוואר הבקבוק בשיפורים של גידולים חקלאיים ומכאן חשיבותו של ההישג הנוכחי. שותפיו של הטכניון במאגד הם חברות האגרוטק תרביות ראש הנקרה (רה”ן), הזרע ואבוג’ן; חברות הטכנולוגיה אלביט, אופגל וסנסילייז; והמוסדות האקדמיים והמחקריים הבאים: אוניברסיטת בן גוריון, אוניברסיטת תל אביב, אוניברסיטת חיפה, האוניברסיטה העברית ומכון וולקני.
תמונות מלאכותיות של צמחי טבק (ימין) ושני זנים של תודרנית לבנה (אמצע, שמאל). בשורה העליונה מוצגות התמונות המלאכותיות ובתחתונה – מסיכות העלים. יצירת כמות גדולה של תמונות מלאכותיות (מסונתזות) מאפשרת לאמן רשת נוירונים עמוקה שתאפשר הפרדה טובה בין עלים בתמונות אמיתיות.
למאמר המלא שהתפרסם ב-ECCV, הכנס האירופי לראייה ממוחשבת לחצו כאן
חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון פענחו מבנה תלת מימדי, ברמה אטומית, של פפטיד אנטיבקטריאלי בשם יופרין 3.5, המופרש על גבי עורה של קרפדה אוסטרלית כחלק ממערכת החיסון שלה, וגילו שהוא יוצר, ע”י התארגנות עצמית, מבנה סיבי ייחודי. מעבר לכך, הם גילו שיש לסיבהמיוחד מנגנון התאמה מבנית מתוחכם המספק לקרפדה הגנה אקטיבית בנוכחות החיידקים התוקפים אותה. הבנת המבנה של פפטיד זה ומנגנון פעילותו עשויים לסייע בפיתוח תרופות אנטיבקטריאליות יעילות, יציבות, ומופעלות רק במקרה של נוכחות חיידקים. את המחקר שהתפרסם בכתב העת PNAS הובילו פרופ’ מיטל לנדאו, ד”ר ניר סלינס וד”ר עינב טייב-פליגלמן תוך שיתוף פעולה עם עמיתיהם בישראל ובספרד.
המבנה של הסיב האנטיבקטריאלי מהקרפדה מזכיר סיבים עמילואידיים המוכרים לעולם הרפואה בהקשר של מחלות נוירו-דגנרטיביות כגון אלצהיימר ופרקינסון. במחלות אלה, הסיבים העמילואידיים מצטברים במוח וגורמים לפגיעה בתפקודי המוח באופן הדרגתי. עם זאת, בשנים האחרונות התברר שסיבים עמילואידיים מסויימים יכולים למלא תפקידים שונים לטובת האורגניזם המייצר אותם, החל באדם וכלה במיקרובים. לדוגמא, חיידקים מסוימים מייצרים סיבים כאלה כנשק המשמש אותם לפגיעה בתאי האורגניזם המארח.
קבוצת המחקר של פרופ’ לנדאו אחראית לאחת מפריצות הדרך בהקשר זה – פענוח ראשון של המבנה התלת-ממדי של סיבי עמילואיד בחיידקיים. פרופ’ לנדאו פרסמה את המבנה החדש, הנקרא cross-α, בכתב העת Science בשנת 2017. באותו מאמר הוצג הסיב העמילואידי בחיידק הסטפילוקוק הזהוב (Staphylococcus aureus) ותואר תפקודו ככלי נשק (“חץ רעיל”) המגביר את אלימותו של החיידק כלפי מערכת החיסון.
המנגנון שהם מציעים כיום מתאר את הפפטיד האנטיבקטריאלי המופרש על גבי עור הקרפדה בתצורה “רדומה” שאינה פעילה כנגד חיידקים, בה מולקולות הפפטיד מתארגנות לכדי סיב עמילואידי מסוג cross-β, המאופיין ביציבות גבוהה ולכן נשמר היטב. סיבים אלה מהווים “מאגר” של מולקולות תקיפה פוטנציאליות המתעוררות בשעת הצורך. בעת חשיפה לחיידקים, אותם הפפטידים באים במגע עם מולקולות השומן של קרומי התא של החיידקים, כתוצאה מכך מתרחש שינוי מבני והסיב הופך לתצורת cross-α – אותה תצורה שקבוצת המחקר גילתה ב-2017. שינוי זה הופך את הסיבלכלי נשק קטלני המחסל את החיידקים התוקפים את עור הקרפדה. “זהו מנגנון הגנה מתוחכם של הקרפדה, שמופעל ע”י החיידקים עצמם שתוקפים אותה” – אומרת פרופ’ לנדאו. “זוהי דוגמה ייחודית לתכנון אבולוציוני של שינוי במבנה סופרה מולקולרי כדי לבקר פעילות”.
היות ופפטידים אנטימיקרוביאליים קיימים בכל הממלכות בעולם החי, יש בסיס להנחה שהם נוצרו בשלבים מוקדמים באבולוציה, ומהווים כלי נשק נפוץ בטבע. מחקר זה תורם רבות להבנת מנגנוני פעולה חדשניים של פפטידים אנטימיקרוביאליים, ששותפים לא רק בבלימת זיהומים חיידקיים אלא גם בהרג תאים סרטניים. יותר מכך, תגלית זו תורמת להבנה מעמיקה יותר של התפקיד הפזיולוגי והתכונות של סיבים העמילואידים הקשורים במחלות נוירו-דגנרטיביות.
החוקרים מקווים כי התגלית המדעית תוביל ליישומים רפואיים וטכנולוגיים, בין השאר בהקשר של המאבק המורכב בהתפתחות עמידות חיידקית לאנטיביוטיקה. להערכתם, יתכן שמנגנון ההשתנות המתוחכם של פפטיד הקרפדה יספק השראה לפיתוח פפטידיים מלאכותיים שיהיו יעילים יותר ויציבים יותר מטיפולים קיימים בחיסול זיהומים חיידקיים מזיקים ומסוכנים, ועבור ציפוי יציב של מכשור רפואי, שתלים, וציוד תעשייתי, שיופעל רק במקרה של נוכחות חיידקים.
פרופ’ לנדאו היא חברת סגל בפקולטה לביולוגיה ומזון וחברה ב- EMBL – המעבדה האירופית לביולוגיה מולקולרית בהמבורג, גרמניה.
הפפטיד יופרין 3.5 מופרש על עור הקרפדה בתצורה “רדומה”, בה מולקולות הפפטיד מתארגנות לכדי סיב עמילואידי מסוג cross-β. בעת חשיפה לחיידקים יש האצה של יצירת סיבים מסוג cross-α על גבי קרומי התא של אותם חיידקים שמובילים להרג. התמונות נלקחו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) במרכז למיקרוסקופיית אלקטרונים בפקולטות להנדסת חומרים ולהנדסה כימית בטכניון. המבנה האטומי cross-α נקבע באמצעות מאיץ החלקיקים האירופי בצרפת (ESRF). (קרדיט: ניר סלינס,טכניון)
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון הודיע שהטכניון יעניק תואר דוקטור לשם כבוד לשנת 2021 למנכ”ל ויו”ר חברת פייזר ד”ר אלברט בורלא. ד”ר בורלא יקבל את התואר על הישגו יוצא הדופן בהובלת פיתוח החיסון החדשני כנגד SARS-CoV-2, הנגיף המחולל את מגפת הקורונה. החיסון המסייע בהיחלצות ממשבר הקורונה צפוי להוות מופת לפיתוח מגוון רחב של טיפולים מבוססי mRNA.
“כיו”ר מועצת המנהלים של חברת פייזר הוביל ד”ר בורלא את המאמץ המורכב לפיתוח חיסון לנגיף הקורונה בזמן שיא”, הסביר נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון. “ב-27 שנות עבודתו בפייזר קידם ד”ר בורלא את החברה בתחומים רבים ובהם חדשנות טכנולוגית. פיתוח החיסון לקורונה הוא הישג ביוטכנולוגי יוצא דופן הממחיש את חשיבותם של המדע ושל המחקר הבין-תחומי. החיסון יביא מזור לאנושות כולה ויחד עם חיסונים אחרים יחלץ את העולם מהמשבר שנקלענו אליו בעקבות התפרצות המגפה בסוף 2019. סיפורו המשפחתי של ד”ר בורלא, בן לניצולי שואה מסלוניקי, הוא סמל לחיותו המופלאה של העם היהודי וליכולת ההתחדשות שלו לאחר השואה.”
“אני נרגש מהבשורה ומקבלת התואר מהטכניון – מוסד בעל חשיבות רבה ומורשת מרשימה,” אמר ד”ר בורלא לנשיא הטכניון בשיחה הטלפונית שבה התבשר על קבלת התואר. “בצעירותי שקלתי ללמוד בטכניון ולכן זו סגירת מעגל מרגשת עבורי.”
ד”ר אלברט בורלא נולד בסלוניקי בשנת 1961 למשפחה יהודית שחלקה נספה בשואה. משפחתו, שהגיעה ליוון בעקבות גירוש ספרד, עסקה בתכשיטנות וביהלומים ועסקיה התפרשו על פני ארצות רבות. קהילת סלוניקי, שהייתה הקהילה היהודית הגדולה ביותר ביוון, מנתה בשנות השלושים כ-80 אלף איש; כשני שלישים מהם נספו בשואה.
ד”ר בורלא השלים את כל תאריו האקדמיים באוניברסיטת אריסטו בסלוניקי והוא דוקטור ברפואה וטרינרית ובביוטכנולוגיה של הרבייה. בשנת 1993 הצטרף לחברת הענק פייזר, מחברות הביו-פרמצבטיקה המובילות בעולם, ומאז מילא בה שורה של תפקידים. הוא הוביל את פיתוח הנוגדנים בחברה והיה נשיא VOC – החטיבה העולמית המובילה את החיסונים, האונקולוגיה ובריאות המטופל בפייזר. באוקטובר 2018 הוא התמנה למנהל התפעול הראשי של פייזר, ב-2019 מונה למנכ”ל החברה וב-2020 החל לשמש גם כיושב ראש החברה.
בשנים האחרונות הוביל ד”ר בורלא את פייזר בהידוק הקשרים עם חברות טכנולוגיה ובאימוצן של טכנולוגיות חדשניות כגון בינה מלאכותית. בתחילת שנת 2020, בעקבות ההתפרצות העולמית של מגפת הקורונה, הוא רתם את רוב משאבי החברה לפיתוח החיסון לנגיף, תוך עמידה בלוחות זמנים מאתגרים. לאורך כל הדרך הבטיח ד”ר בורלא כי לא יתפשר על בטיחות החיסון, והאישור התקבל אחרי מחקר נרחב שכלל יותר מ-40 אלף נבדקים.
התואר יוענק לו בנובמבר 2021 במסגרת הקורטוריון, מושב חבר הנאמנים השנתי של הטכניון.
