חוקרים בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון פענחו את מנגנון-העל המפקח על התהליך הרב-שלבי של תרגום המידע שאצור בדנ”א לחלבונים בתא. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Cell Reports הובילו ראש המעבדה למיקרוביולוגיה מולקולרית פרופ’ מרדכי חודר, ד”ר סטפן ריצ’רד, ד״ר תמר זיו וקרן בנדלק ממרכז סמולר לפרוטאומיקה בטכניון.

לכל תא בגופנו יש דנ”א בעל רצף נוקלאוטידים כמעט זהה, ועדיין – רקמות שונות כגון שריר, עצם ועור נבנות ומתפקדות בדרכים שונות. כיצד? התשובה טמונה בבקרת הביטוי הגנטי, שהיא ה”אפליקציה” המשמיעה את המוזיקה הרצויה מתוך הדיסק של הדנ”א. כך, אף שהדנ”א אכן כמעט זהה בכל התאים, הוא מתבטא בדרכים שונות הנקבעות על ידי מנגנון הבקרה, הקובע אילו גנים יבוטאו בתא הספציפי. מנגנון זה פועל בחמישה שלבים:

1. ייצור רנ”א בשעתוק (transcription) – המנגנון משתמש בתבנית הדנ”א, תבנית ארוכה מאוד (כ-2 מטרים) המכילה את כל הגנים שלנו, בוחר גן מסוים ומייצר ממנו רנ”א. הרנ”א מיוצר מתבנית של גן בודד ולכן הוא קצר בהרבה מהדנ”א ומקודד בדרך כלל לחלבון אחד בלבד (ראו סעיף 4).
2. עיבוד – הרנ”א עובר שינויים שונים המייצרים את הרנ”א השליח (mRNA).
3. נדידה – תהליך שבו עובר ה- mRNAמגרעין התא, שבו התרחשו השלבים הקודמים, לציטופלזמה (Cytoplasm), שכוללת את כל פנים התא מלבד הגרעין.
4. עם כניסתו לציטופלזמה מזוהה ה-mRNA על ידי הריבוזום, המפעל לייצור החלבונים בתא, המשתמש בו כתבנית ליצירת החלבונים. בסופו של השלב, הדנ”א של גן בודד מוביל לייצור חלבון שרצף חומצות האמינו שלו נקבע על ידי רצף הבסיסים של הדנ”א, וזאת בתיווכו של הרנ”א. החלבונים, אולי כדאי להזכיר, הם החיילים העיקריים במערכה הפיזיולוגית, כלומר בבניית הרקמות ובתפקודן בבריאות ובחולי.
5. פירוק ה-mRNA.

 

“כל אחד מהשלבים,” אומר פרופ’ חודר, “מתנהל תחת מערכת בקרה הבנויה מפקטורים יעודיים המוציאים את התהליך לפועל ומוודאים את תקינותו. עם זאת, במשך שנים רבות לא היה ברור איזה מנגנון מפקח על התהליך כולו ממעוף הציפור. ומדוע זה חשוב? כי מדובר בתהליך קריטי שמשפיע על תהליכים תאיים, על אינטראקציות תוך-תאיות וחוץ-תאיות ועוד. כדי לבטא גן באופן נכון חשוב שכל השלבים יהיו מתואמים ביניהם. לכן אני מתמקד ב-15 השנים האחרונות במה שניתן לכנות processomics – קונספט שעושה ‘זום אאוט’ לתהליכים מולקולריים וכך מרחיב את המבט מהשלבים הבדידים – שעתוק, תרגום וכן הלאה – למכלול התהליך.”

 

המחקר המתמשך הזה, הנערך בשמרים מסוג S. cerevisiae, הניב כמה גילויים דרמטיים ובהם גילוי המתווכים, ה-mRNA coordinators, שהתפרסם ב-2010 בכתב העת Cell. מתווכים אלה נקשרים לרנ”א ומלווים אותו בכל השלבים שצויינו למעלה. “באנלוגיה מוזיקלית, המתווך הוא מנצח התזמורת האחראי לתיאום בין הכלים השונים, כלומר השלבים השונים, והוא התפתח באבולוציה מאחר ש’זיופים’ בתיאום בין השלבים האלה עלולים להיות הרי גורל לאורגניזם.”

 

במאמר הנוכחי עשו החוקרים צעד נוסף ובחנו את ה”שפה” שבה המתווכים מדברים. השפה הזאת, כך מתברר, מורכבת ממולקולות קטנות כדוגמת זרחן, מתיל ואצטיל הנצמדות לקואורדינטור שצמוד ל-mRNA. המולקולות הקטנות אומנם מועטות אבל יש להן המון צירופים אפשריים, וכל צירוף כזה הוא אינפורמציה או פקודה שמועברת מהשלב הנוכחי לשלב הבא שעובר ה-mRNA. הכוונה היא להעברה פיזית של ממש – המולקולות האלה נצמדות למתווך, שהוא קומפלקס חלבוני, ויוצרות יחד איתו יחידה אחת: mRNA/coordinator/small molecule. מה מוסרת היחידה הזאת לשלב הבא? במקרה הפשוט – “הכל בסדר, אפשר להתחיל.” במקרים יותר מסובכים –
“להאט את הקצב כי חסר משהו”, “לשלוח את הרנ”א לפירוק כי הבעיה אינה פתירה” וכו’. מנגנון העל הזה התפתח ונשמר באבולוציה מכיוון שהוא מספק לאורגניזם יתרון הישרדותי משמעותי – הוא מאפשר העברת מידע בין השלבים השונים ומצמצם את הטעויות בדרך. במחקרי ההמשך, לדברי פרופ’ חודר, “אנחנו מתכוונים לבחון את מעורבות המתווכים בתהליכים נוספים.”

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF).

למאמר ב- Cell Reports   לחצו כאן

קבוצת המחקר של פרופ’ עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון זכתה במענק ERC  PoC – מענק להוכחת היתכנות, בסך של 150 אלף יורו. המענק המיוחד מהנציבות האירופית למחקר הוענק לאחרונה ל-55 חוקרים, והוא נועד לסייע להם למצות את פוטנציאל המסחור של פיתוחיהם. הפרויקט של פרופ’ מלר נקרא OptiPore ומטרתו לקדם טכנולוגיה חדשנית לאנליזה של מולקולות בודדות בכלל ולזיהוי נוכחות של נגיף הקורונה SARS-CoV-2 בפרט. האמצעי: פיתוח שיטה חדשנית מהירה וזולה ליצירת ssNPs – התקני אבחון המבוססים על חרירים ננומטריים.

 

ssNPs היא משפחה חדשה של התקנים שמטרתם אנליזה של מולקולות ביולוגיות בודדות. לאנליזה כזאת יש ערך רפואי ומחקרי עצום, שכן היא מחליפה שיטות אבחון קיימות המבוססות על אנליזה של תמיסה שלמה – שיטות המאופיינות בחסרונות רבים ובהם עלות גבוהה, ציוד מסורבל ודיוק מוגבל.

כדי להמחיש את קפיצת המדרגה הטמונה בהתקני ssNPs ניקח לדוגמה את נגיף הקורונה SARS-CoV-2. בדיקות הקורונה הקיימות מבוססות על טכנולוגיית RT-qPCR, המצריכה תהליך ארוך ומורכב הכולל את איסוף הדגימה מהנבדק באמצעות מטוש, “פתיחה” של הנגיף כדי לחשוף את החומר הגנטי שבתוכו, מיצוי החומר הגנטי של ה-RNA, ו”שיעתוק לאחור” שבו מתורגמים רצפי ה-RNA לרצפי DNA. אולם בכך לא תם התהליך, שכן כדי שהמכשור הקיים יוכל לזהות נוכחות נגיפים בדגימה מבוצעת בשלב זה הגברה מעריכית (PCR) המכפילה שוב ושוב את מולקולות ה-DNA כדי לייצר מסה קריטית שלהן. מלבד היותו של התהליך ארוך ויקר, שלב ההגברה יוצר במקרים מסוימים טעויות משמעותיות בקביעת נוכחות הנגיף, כלומר בהכרעה אם הנבדק מאומת או שלילי לקורונה.

תהליך האבחון שפיתחה קבוצת המחקר של פרופ’ מלר מייתר לחלוטין את שלב ההגברה המעריכית ומאפשר ספירה וכימות ישירים של מולקולות הנגיף. כך נחסך זמן יקר ונמנעות אותן טעויות. השיטה החדשה מבוססת על משיכת מולקולות ביולוגיות בודדות כגון די-אן-איי, אר-אן-איי או חלבונים, באמצעות שדה חשמלי, לתוך “חריר ננומטרי” המכיל חיישנים חשמליים או אופטיים. הפלט האלקטרוני עובר ניתוח חישובי המאפשר זיהוי וספירה ישירה ומיידית של המולקולות.

זמן קצר לאחר פרוץ מגפת הקורונה החל פרופ’ מלר לעבוד על התאמה של טכנולוגיה זו לצורך הדחוף בבדיקות קורונה מהירות ומדויקות. ואכן, בהוכחת ההיתכנות הודגמה יעילותה של שיטה זו בניטור נוכחות SARS-CoV-2 גם כאשר הדגימה המקורית מכילה כמות זעירה של נגיפים. תהליך זה, שפורסם לאחרונה ב-ACS Nano, פותח על ידי פרופ’ מלר וצוות המחקר עם הפוסט-דוקטורנטית ד”ר יאנה רוזבסקי ועמיתיהם בבית החולים “שריטה” בברלין, וזאת בסיוע מענק ERC שהקצה האיחוד האירופי כדי להאיץ את מסחור הבדיקה.

כעת, כאמור, זכתה הקבוצה במענק ERC משלים. מענק זה אינו מתמקד בפיתוח הבדיקה עצמה אלא  בתהליך הייצור של ההתקן, שכן קדיחת החרירים היא אתגר טכנולוגי עצום המעכב כיום את פיתוחם הנרחב של התקני ssNPs. בעבודה ממושכת ומעמיקה פיתחה קבוצת המחקר של פרופ’ מלר טכנולוגיה ייחודית לקדיחת החרירים בהתקני האבחון, וזאת באמצעות קרן לייזר כחולה ממוקדת. טכנולוגיה זו תפותח כעת, בסיועו של המענק, כדי להביא אותה לשימוש קליני בהקדם האפשרי.

ראוי לציין כי אף ששני המענקים הוקצו בשעה שהעולם מתמודד עם מגפת הקורונה, הטכנולוגיות האמורות רלוונטיות לאבחון מחלות רבות – לא רק מחלות נגיפיות וחיידקיות אלא גם סוגי סרטן שונים, כפי שכבר הודגם בצורה ראשונית במעבדת הטכניון. מחקר הקורונה נעשה בשיתוף פעולה עם יחידת הביו-בנק במרכז הרפואי רמב”ם.

עד להתחסנותה של כלל האוכלוסייה, הפתרון היעיל ביותר לקטיעת שרשרת ההדבקה ולשמירה על בריאות באי קמפוס הטכניון טמון בבדיקות מהירות ותכופות לאיתור הנגיף. בעקבות ההתפרצות המחודשת של המגפה בארץ והעלייה הדרמטית במספר החולים הכריזה הנהלת הטכניון על מבצע בדיקות מהיר ונרחב למען השמירה על בריאות הסטודנטים הגרים במעונות. האמצעי: בדיקת “NaorCov19″ שפותחה על ידי ד”ר נעמה גבע זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בשיתוף חוקרים מהקריה הרפואית רמב”ם וממפא”ת.

לסרטון על הבדיקה:

[su_youtube url=”https://youtu.be/6hRiao2n30c” width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]

בתחילת הסמסטר הכריזה הנהלת הטכניון על פרויקט “יוצרים קמפוס פתוח ובטוח”, אסטרטגיה של הגנה רב שכבתית על באי הקמפוס הכוללת ארבע שכבות. השכבה הראשונה היא שמירה הדוקה על כללי ה”תו הסגול”, עטיית מסכה, הגיינה ושמירת מרחק. השכבה השנייה היא ניטור מערכת הביוב בקמפוס באמצעות טכנולוגיה חדשנית שפותחה בטכניון בהובלת פרופ’ ערן פרידלר מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית – טכנולוגיה שכבר הובילה בהצלחה לקטיעת שרשרות הדבקה בקמפוס ללא צורך בבדיקה יחידנית של כל אדם ואדם. השכבה השלישית, שתיושם כעת, היא בדיקות “NaorCov19” שפותחו בטכניון – בדיקות אישיות, מהירות ולא פולשניות שיסייעו בניטור ובאבחון החולים בקמפוס. השכבה הרביעית היא בדיקות PCR רגילות בקמפוס לבדיקת מי שחשים סימפטומים רלוונטיים או קיבלו תשובה חיובית בבדיקת “NaorCov19”. מאחר שבדיקת נאור עדיין ממתינה לאישור משרד הבריאות, לנבדקים שייצאו חיוביים יוצע להבדק בבדיקת PCR רגילה לאימות סופי.

את פרויקט “יוצרים קמפוס בטוח ופתוח” מובילים בטכניון המשנה לנשיא הטכניון למחקר פרופ’ קובי רובינשטיין, פרופ’ אביגדור גל מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ע”ש דוידסון ופרופ’ דני רז מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב.

“כדי לשמור על בריאות באי קמפוס הטכניון והמתגוררים בו, לנהל אורח חיים רגיל ככל האפשר ולחזור לשגרה מהירה לצד הקורונה נדרשת קטיעה מהירה של שרשרות ההדבקה באמצעות ניטור ואבחון יעילים,” אמר נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון. “החיים לצד הקורונה הם אתגר עצום לכלל האוכלוסייה, ואני מקווה ומאמין שההטמעה המהירה של הטכנולוגיות החדשניות שפיתחו חוקרי הטכניון תסייע לנו בבלימת התפשטות הנגיף ותהווה מודל שיאומץ במקומות נוספים בארץ.”

את הבדיקה המהירה פיתחה, כאמור, ד”ר גבע-זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בשיתוף חוקרים מהקריה הרפואית רמב”ם וממפא”ת באפריל האחרון. הטכנולוגיה מוסחרה על ידי הטכניון להמשך פיתוח בחברת  ראפיד דיאגנוסטיק סיסטמס בע”מ, המפתחת את הפלטפורמה תחת השם “נאור” (www.naordia.com).

בדיקות “NaorCov19” הן בדיקות מהירות לגילוי קורונה המצריכות דגימת רוק פשוטה וחימום של הדגימה במבחנה ל-65 מעלות צלזיוס. אם הצבע של תכולת המבחנה משתנה מאדום לצהוב – התשובה חיובית. תהליך עיבוד הדגימה אורך כ-40 דקות, ובאותה עמדה אפשר להריץ במקביל עשרות או מאות דגימות בעת ובעונה אחת. בשל פשטותה ומהירותה מתאימה ערכת הבדיקה לשימוש ביתי ולאבחון מהיר במקומות עבודה, נמלי תעופה, בתי ספר ועוד.   בדיקות נאור בקמפוס מתבצעות כחלק מניסוי שקיבל את אישור ועדת הלסינקי .הנבדקים המעוניינים בכך יקבלו את התוצאות בתוך שעות ספורות מתום הבדיקה.

מבצע הבדיקות הנרחב בטכניון יחל כאמור כבר בשבוע הבא, עם הידוק הסגר השלישי, ויסייע בהגנה על בריאותם של דיירי המעונות ובהמשך על כלל באי הקמפוס. הבדיקות מוצעות לסטודנטים, לעובדים ולחברי הסגל ללא עלות, ובכוונת הנהלת הטכניון לעודד את באי הקמפוס להיבדק בכל שבוע וכך לקטוע את שרשרות ההדבקה ולשמור על בריאות הציבור בקמפוס ומחוצה לו.

לפרטים נוספים אודות הבדיקה: לחצו כאן

יוצרים קמפוס פתוח ובטוח

עד שיהיה חיסון לכולם, הפתרון היעיל ביותר למיגור מגפת הקורונה טמון בבדיקות מהירות ותכופות לאבחון הנגיף. הבדיקות המהירות חשובות לשמירה על בריאות באי הקמפוס והן יסייעו בחזרה מהירה לשגרה. אוניברסיטאות ברחבי העולם כבר אימצו תהליכי בדיקה ואבחון לנגיף הקורונה, זאת כדי לאפשר חזרה לשגרה בריאה ובטוחה של הוראה ומחקר בקמפוס.

שגרת החיים בקמפוס היא מרכיב חשוב בהווייתו של הטכניון. כולנו – סטודנטים, חברי סגל ועובדים כאחד – רוצים לחזור לקמפוס, לשגרה האקדמית ולמפגש הבין-אישי הישיר בכיתות, במעבדות, במעונות ובמרחבי הלמידה. כדי לעודד חזרה הדרגתית תוך שמירה על בריאות כולנו פתח הטכניון עמדת בדיקה מהירה בבית הסטודנט על בסיס טכנולוגיה שפותחה במעבדתה של ד”ר נעמה גבע-זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון.

הבדיקה אינה פולשנית. היא מבוססת על דגימת רוק ומספקת תוצאות תוך שעות ספורות. היא נערכת ללא עלות כחלק מניסוי שקיבל את אישור ועדת הלסינקי.

מאחורי הבדיקה:

הטכנולוגיה שפיתחה ד”ר גבע-זטורסקי מוסחרה על ידי הטכניון להמשך פיתוח לחברת ראפיד דיאגנוסטיק שמפתחת את הפלטפורמה תחת השם “NaorCov19“.  
בדיקות הקורונה המבוצעות בעמדה הן בדיקות “NaorCov19”. מדובר בבדיקה מהירה לגילוי קורונה המבוססת על גרסה מפושטת של PCR. הבדיקה נעשית באמצעות דגימת רוק פשוטה, אינה פולשנית וכוללת רק השארת דגימת רוק במבחנה.

הטכנולוגיה בנויה באופן מודולרי ומאפשרת בדיקה מרמת היחיד (מכשיר ביתי) ועד בדיקה בהיקפים גדולים בתחנות בדיקה או במעבדות. עיבוד הדגימה אורך פחות משעה, ובאותה תחנת עבודה אפשר להריץ עשרות דגימות בעת ובעונה אחת. בשל פשטותה ומהירותה מתאימה ערכת הבדיקה לשימוש ביתי ולאבחון מהיר במקומות עבודה, בנמלי תעופה, בבתי ספר ועוד. לבדיקה 90% אחוזי דיוק בשלבים המדבקים, כלומר כשהנגיף ברמות בינוניות או גבוהות.

הבדיקה החדשה מבוססת על עקרונות דומים לאלה המשמשים במכשירי ה-PCR המעבדתיים, אך התהליך מבוצע בה בטמפרטורה אחת, מה שמפשט באופן מהותי את תהליך עיבוד הדגימה ומאפשר שימוש בציוד זמין וזול. הממצאים מתקבלים באופן שאינו דורש פענוח מורכב; אם צבע הנוזל השתנה, סימן שהנבדק חיובי לקורונה. לפיכך מדובר לא רק בהפחתת ההוצאות על ציוד ועל שינוע הבדיקות אלא גם בצמצום הצורך במומחים ובמעבדות שינהלו את הבדיקות ויפענחו אותן.

המפתחים מקווים שבקרוב לייצור המוני שיאפשר בדיקות תכופות לכלל האוכלוסייה וכך תאפשר חזרה לשגרה בצל הקורונה.

לסרטון הסבר על הבדיקה:

[su_youtube url=”https://youtu.be/6hRiao2n30c” width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]

 

פרופ’-מחקר יצחק אפלויג מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך זכה במדליית שרדינגר לשנת 2021 מטעם האגודה העולמית לכימיה תאורטית וחישובית, WATOC. המדליה תוענק לו על תרומותיו החלוציות לכימיה של תרכובות אורגנו-סיליקון ולכימיה אורגנית, ועל השילוב המרשים של ניסויים, תאוריה וחישובים במחקריו.

 

המדליה היוקרתית מוענקת בכל שנה למדען אחד בלבד, שתרומותיו לכימיה תאורטית וחישובית בולטות במיוחד. עם זוכי המדליה בעבר נמנים ארבעה חתני פרס נובל בכימיה ורבים מחלוצי הכימיה הקוונטית החישובית.

 

פרופ’-מחקר אפלויג הצטרף לסגל הטכניון בשנת 1976 ובשנים 2001 -2009 היה נשיא הטכניון. הוא מחלוצי השימוש בעולם בכלים חישוביים המבוססים על תורת מכניקת הקוונטים לניבוי תכונות ותגובות של מולקולות ומחלוצי הכימיה של תרכובות אורגנו-סיליקון. הוא זכה בעבר בפרסים חשובים רבים ובהם פרס טאוב להצטיינות אקדמית ופרסי הצטיינות בהוראה מטעם הטכניון, פרס הומבולדט, פרס האגודה היפנית לקידום המדע, מדליית הזהב של החברה הישראלית לכימיה, פרס וואקר ופרס קיפינג לכימיה של סיליקון מטעם החברה האמריקאית לכימיה. הוא חבר כבוד באקדמיה האמריקאית לאומנויות ומדעים, חבר באקדמיה האירופית למדעים, דוקטור לשם כבוד של האוניברסיטה הטכנית של ברלין, בעל אות כבוד מנשיא גרמניה ויקיר העיר חיפה.

 

האגודה העולמית לכימיה תאורטית וחישובית, WATOC, פועלת לקידום הכימיה החישובית והתאורטית ולהידוק הקשרים בין מדענים העוסקים בתחומים אלה, ובכנס האחרון שלה השתתפו כ-1,500 מדענים מרחבי העולם.

מדליית שרדינגר קרויה על שמו של הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר, מאבות תורת המכניקה הקוונטית וחתן פרס נובל בפיזיקה (1933), שפיתח משוואת גלים הקרויה על שמו, משוואת שרדינגר. המשוואה מתארת את התנהגותם של חלקיקים אטומיים, שעבורם המכניקה הניוטונית אינה ישימה. פתרון המשוואה מספק לנו את מלוא המידע על תכונותיה של מולקולה מסוימת או חומר מסוים ומאפשר לנבא מראש את התכונות של חומרים לא ידועים. פתרון משוואת שרדינגר קשה מאוד מתמטית, ועד לפיתוח המחשבים האלקטרוניים היה אפשרי רק עבור מולקולות קטנות מאוד, כגון מולקולת המימן. עם שיפור מהירות החישוב של המחשבים התאפשרו חישובים קוונטו-מכניים גם עבור מולקולות גדולות יחסית, וכיום גם עבור מולקולות ביולוגיות גדולות כגון חלבונים.

חלק מחברי קהילת WATOC עוסקים בפיתוח שיטות מתמטיות ותוכנות מחשב לפתרון המשוואה, ואחרים ובהם פרופ’ אפלויג עוסקים ביישום השיטות כדי לחקור ולנבא את תכונותיהם ותגובותיהם של חומרים שונים. פרופ’ אפלויג הוא מהכימאים הנסיונאים הראשונים בעולם שהבינו את הפוטנציאל הטמון בשיטות החישוביות וכבר משנות השבעים יישם אותן במחקריו. כיום מתקיימים מחקרים רבים בכימיה, באקדמיה ובתעשייה (פיתוח חומרים חדשניים, פיתוח תרופות חדשות ועוד), בהם משתמשים גם בכלים חישוביים, בדרך כלל תוך שיתוף פעולה בין קבוצות נסיוניות וחישוביות. אחד המאפיינים הייחודיים של מחקריו של פרופ’ אפלויג הוא שהמחקר הנסיוני והחישובי מתבצע בדרך כלל על ידי אותו הסטודנט, שרוכש ידע וניסיון בשתי הדיסציפלינות, דבר החשוב להתפתחותו המדעית.

חוקרים מהפקולטות להנדסת מכונות ולהנדסה אזרחית וסביבתית הקימו מודל פיזיקלי של שדות תירס, שנועד לבחון את השפעתן של מערבולות רוח על גידולים חקלאיים. החוקרים זכו במענק גדול מטעם הקרן הדו-לאומית ישראל-ארצות הברית וקרן המדע הלאומית של ארצות הברית.

את הקבוצה מובילים פרופ’ דן ליברזון מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית ופרופ’ רנה ואן האוט מהפקולטה להנדסת מכונות. במקביל לניסויים בטכניון נערכות הדמיות של מערכת דומה באותם תנאי זרימה על ידי פרופ’ וויליאם אנדרסון מאוניברסיטת טקסס בדאלאס.

למערבולות רוח מעל אזורי צמחייה יש  השלכות משמעותיות על גידולים חקלאיים. בין השאר משפיעות מערבולות אלה על קצב אידוי המים מעלי הצמחים. לפיכך  חקר השפעות מערבולות על קצב האידוי מאפשר לפתח דפוסי השקיה חסכוניים ויעילים המסתמכים על משטר רוחות קיים או על תחזית.

המחקר מתמקד במערבולות רוח בקנה מידה גדול, הנוצרות בעיקר בתפר שבין חופות-צמחייה שונות – למשל בין יער לשדה חקלאי או במעברים בין שני שדות גידולים. כדי לחקור אותן הקימו חוקרי הטכניון מערך ניסוי חדשני במנהרת הרוח בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית. המערך כולל מודל פיזיקלי של שדות תירס בארגונים מרחביים שונים וכן מערך מדידים המסוגל להפיק נתונים ברזולוציה גבוהה על מהירויות הרוח, מערבולות (טורבולנציה), קצבי מעבר חום בין הצמחים והאוויר וקצבי אידוי מים מהצמחים.

 

הטכניון, המצוי בימי שגרה בחזית המדע והטכנולוגיה העולמיים, נרתם בשיתוף פעולה הדוק עם מערכת הבריאות למציאת פתרונות מהירים לאתגרי המגפה. בשנה החולפת, חוקרים מעשרות מעבדות מחקר התגייסו במלוא המרץ למלחמה בהתפשטות נגיף הקורונה. המאמץ התפרס על כל התחומים הרלוונטיים למחלה לרבות פיתוח שיטות אבחון, ניטור וזיהוי הנגיף בשלב מוקדם, שיפור הטיפול התרופתי ופיתוח פתרונות לחיטוי ולשמירה על הצוותים הרפואיים.

ומה צופן לנו המדע לשנת 2021? איש אינו יודע, אבל אין ספק שגם בשנה הבאה הוא יחדש ויפתיע. ברוכה הבאה, 2021.

לצפייה בסרטון על הישגי חוקרי הטכניון במהלך הקורונה:

[su_youtube url=”https://youtu.be/UR__jHzd-q4″ width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]

שני חברי סגל מהטכניון זכו במענקי ERC Consolidator Grants –מענקים יוקרתיים שמקצה האיחוד האירופי תחת תוכנית המסגרת למחקר ופיתוח Horizon 2020. לתוכנית נשלחו 2,453 הצעות מחקר, וב-10 בדצמבר הכריז הארגון על 301 החוקרים שנבחרו וזכו במענקים בסכום כולל של 600 מיליון יורו. המענקים תומכים בחוקרים המקדמים אפיקי מחקר חלוציים, לרבות פרויקטים בין-תחומיים נועזים, שהסיכון שבהם מרתיע גופים פרטיים מלהשקיע בהם.

שני הזוכים הם ד”ר נתנאל קורין מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית ופרופ’ עמנואל מילמן מהפקולטה למתמטיקה, והם יקבלו מענקים בסכום כולל של כ-3.7 מיליון יורו.

ד”ר נתנאל קורין מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית זכה במענק לטובת פיתוח טכנולוגיה חדשה לטיפול במפרצת מוחית  (Brain Aneurysm) – התרחבות של כלי הדם במוח, העלולה להוביל לדימום תוך-גולגלתי ולסיכון חיים. פגיעה זו בכלי הדם יוצרת בו מעין בלון בעל דופן דקה, אשר עלול להתפוצץ ולגרום לפגיעה מוחית ואף למוות.

אם בעבר טופלה המחלה באמצעות פתיחת הגולגולת, כיום ברוב המקרים מנותחים המטופלים בצנתור ללא פתיחת הגולגולת – תהליך שבמסגרתו מוכנסים סטנטים או סלילי פלטיניום לחסימת המפרצת. עם זאת, במקרים מסוימים הפרוצדורה יכולה לגרום לפיצוץ המפרצת בכלי הדם וכך לחולל את הנזק שהיא באה למנוע.

בהצעה שעליה קיבל ד”ר קורין את המענק הנוכחי הוא מציג אסטרטגיה חדשה בשם VasoSurfer, המבוססת על גלישה בכלי דם תוך שימוש בנוזל בעל מתח פנים: בשלב הראשון מגיע למקום הפגיעה התקן המבוסס על מתח פנים, מבודד בעדינות את האזור הבעייתי ומגן עליו מבלי לעצור את זרימת הדם, ובשלב הבא מבוצע מילוי של המפרצת בדבק ביולוגי שימנע את התפוצצות המפרצת ויוביל לאורך זמן לריפוי מלא של כלי הדם.

 

 

פרופ׳ עמנואל מילמן מהפקולטה למתמטיקה זכה במענק מחקר בנושא אי-שוויונים איזופרימטריים – תחום המשלב גאומטריה עם אנליזה במטרה להבין את האינטרקציה בין נפח לשטח שפה. זהו תחום מתמטי עתיק המוזכר עוד בהקשר של המלכה דידו, מייסדת קרתגו, שביקשה לכסות בעורו של פר יחיד שטח שיספיק לבניית עיר שלמה. אי-שוויונים איזופרימטריים ממלאים תפקיד חשוב גם בהיבטים שונים של גאומטריה דיפרנציאלית, משוואות דיפרנציאליות חלקיות, תורת ההסתברות ועוד.

 

בהינתן מרחב מסוים, הבעיה האיזופרימטרית מבקשת לאפיין את הצורות במרחב בעלות שטח שפה מינימלי (ומנפח נתון וקבוע). לדוגמא, כבר ביוון העתיקה היה ידוע שמבין כל הצורות במישור, העיגול הינו בעל ההיקף המינימלי (משטח נתון). הבעיה מובנת היטב במרחבים דו ממדיים, אולם הופכת למסובכת ומאתגרת הרבה יותר בשלושה ממדים. כך, לדוגמה, בקובייה התלת-ממדית הבעיה עדיין פתוחה. פרופ’ מילמן מציע לגשת לאתגרים אלה בשורה של מרחבים טבעיים וחשובים באמצעות כלים חדשים שהוא ואחרים פיתחו.

 

 

 

 

חוקרים בטכניון גילו מנגנון לא ידוע המבקר את יצירת חלבונים בתא. מנגנון זה מנצל שינויים כימיים על גבי ה-mRNA כדי להשפיע על הקצב שבו הריבוזום, מפעל החלבונים התאי, יוצר את החלבונים. החוקרים, פרופ’ יואב ערבה והדוקטורנט עופרי לוי מהפקולטה לביולוגיה, פרסמו את התגלית בכתב העת Nucleic Acids Research.

בקרת הביטוי הגנטי אחראית לתרגום הקוד הגנטי (הכתוב ב-DNA) לכדי חלבונים המותאמים לייעודם ברקמה הספציפית, וזאת תוך התחשבות בתנאי הסביבה המשתנים. “אם ה-DNA הוא ספר הבישול,” אומר עופרי לוי, “הרי שהאופה הוא הריבוזום – מפעל החלבונים בתא. הגורם המתווך העיקרי בתהליך הוא מולקולת ה-mRNA, שמעבירה את ה”מתכון” מה-DNA אל הריבוזום. אינטראקציה נכונה בין ה-mRNA לריבוזום חיונית לתקינות החלבונים ולאיכותם.”

כבר כמה שנים ידוע שה-mRNA אינו מעביר את ההוראות מה-DNA כלשונן אלא עובר שינויים רבים בדרך. שינויים כימיים אלה עלו לכותרות לאחרונה בהקשר של חיסוני הקורונה; החיסונים של החברות פייזר ומודרנה מבוססים על החדרת mRNA מלאכותי לגוף כדי שיוביל ליצירת חלבונים חיסוניים בתוך תאי גופנו. ברם, מאחר שהתא מתייחס ל-mRNA כאל גוף זר, הוא נוטה לתקוף אותו, והפירוק המהיר של ה- mRNA אינו מותיר לו זמן מספיק לייצור החלבונים החיוניים.

כדי להתמודד עם אתגר זה שילבו שתי החברות במולקולות ה-mRNA שלהן שינויים המחקים שינויים טבעיים המתרחשים בגוף. שינויים אלה אכן מאפשרים למולקולה המלאכותית לשרוד ולפעול זמן מספיק כדי ליצר את החלבון מהנגיף.

לדברי פרופ’ ערבה, “הקשר בין ה-mRNA ליצירת החלבון הוא תהליך שמעסיק אותנו כבר הרבה שנים, ואנחנו מתמקדים בהשפעת ה- mRNAעל בניית החלבונים ועל יציבותם. אנחנו מנסים להבין את ה’שיחה’ שבה אומר ה- mRNAלריבוזום מה לייצר עבור התא. את המחקר הבסיסי אנו עורכים על שמר ההנצה (Saccharomyces cerevisiae), המוכר לנו גם כשמר האפייה, ויש לנו בסיס טוב להניח שמה שקורה בשמר רלוונטי מאוד למה שקורה בגוף האדם.”

במאמר קודם, שפורסם ביולי 2019 בכתב העת PLOS Biology, הציגו לוי ופרופ’ ערבה תפקיד חדש לאנזימים מסוימים הנפוצים בכל ממלכות החיים. החוקרים גילו כי אנזימים אלה מהווים גורמי בקרה משמעותיים בייצור החלבונים – תפקיד שלא היה ידוע עד לפרסום אותו מאמר. כדי למלא תפקיד זה נקשרים אנזימים אלה ל-mRNA ומווסתים את כמות מולקולות ה- mRNA הזמינה לריבוזום.

 

במחקר הנוכחי העמיקו לוי ופרופ’ ערבה בשאלה כיצד מזהים אותם אנזימים את ה-mRNA בתוך בליל מרכיבי התא. הם גילו כי התשובה טמונה בשינוי כימי ייחודי ב-mRNA. שינוי זה, הנקרא פסאודויורידין (Pseudouridine), נוצר במקומות שונים על ה-mRNA; גורמי בקרה מזהים את השינוי הזה ומתזמנים את פעילות הריבוזום בהתאם.

כדי להוכיח את חשיבות השינוי האמור פיתחו החוקרים שיטה המבוססת על CRISPR/Cas9, שאיפשרה להם לסלק את הפסאודויורידין באופן “כירורגי” ללא שום פגיעה אחרת בתאים. ואכן, בהעדר פסאודויורידין אבדה הבקרה על ייצור החלבון. לדברי לוי, “כמו הרבה מדענים בעולם, גם אנחנו חייבים תודה עצומה לפרופ’ עמנואל שרפנטייה ולפרופ’ ג’ניפר דאודנה על פריצת הדרך הדרמטית של פיתוח טכנולוגיית CRISPR/Cas9.”

שרפנטייה ודאודנה קיבלו את פרס הארווי מטעם הטכניון ב-3 בנובמבר 2019 ושנה לאחר מכן, ב-10 בדצמבר 2020, הוענק להן פרס נובל בכימיה על פיתוח הטכנולוגיה המהפכנית המאפשרת לערוך, לתקן ולשכתב את הדי-אן-איי. טכנולוגיה זו, אומר לוי, “איפשרה לנו להתקדם במחקר שלנו במהירות ובדיוק חסרי תקדים.”

 

חוקרי הטכניון מעריכים כי מדובר במנגנון שמור אבולוציונית המתקיים בכל עולם החי. מאחר שמנגנון זה רגיש לשינויים בסביבה, הוא מספק למולקולות ה- mRNAהנחיות המותאמות למצב הסביבתי וכך מוביל את הריבוזום לייצור אופטימלי של חלבונים.

כאמור, אחת המשימות החשובות שעמדה בפני החברות פייזר ומודרנה הייתה שיפור פעילות ה-mRNA המלאכותי בגוף האדם, ולכן הן הכניסו ל-mRNA “החיסוני” שינוי שדומה מאוד לפסאודויורידין. “אנחנו עדיין לא יודעים אם גורמי הבקרה שגילינו יודעים לזהות גם את השינוי הקיים ב-mRNA המלאכותי,” אומר פרופ’ ערבה. “אם הם אכן יודעים, זה עשוי לפתוח אפשרויות נוספות לשיפור פעילות ה-mRNA ולייצור כמויות חלבון גדולות יותר.”

מעבר למחקר הנוכחי ולהשלכותיו, אומר פרופ’ ערבה, “התגלית שלנו ממחישה את חשיבותו של המחקר הבסיסי בפיתוחם של טיפולים רפואיים מתוחכמים ושל חיסונים חדשניים. הציבור והתקשורת צמאים בעיקר לפרסומים על פיתוחים ועל מדע יישומי, אבל בלי תשתית חזקה ורחבה של מחקר בסיסי – בכיוונים שלא תמיד ברור האופק היישומי שלהם – לא היינו רואים פריצות דרך דרמטיות כל כך באבחון, בטיפול ובחיסונים כמו גם בתחומי חיים שמחוץ לעולם הרפואה.”

 

המחקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF). עופרי לוי הוא זוכה מלגת ג’ייקובס לסטודנטים מצטיינים.

 

למאמר המלא ב– Nucleic Acids Research לחצו כאן

נפטון הוא כוכב הלכת הידוע הרחוק ביותר מהשמש במערכת השמש שלנו, והשנה שלו אורכת 165 “שנות ארץ”. במילים אחרות, לנפטון נדרשות 165 שנים כדי להשלים הקפה סביב השמש.

איננו ממליצים כרגע על התיישבות בנפטון שכן הטמפרטורה שם היא מינוס 200 מעלות צלזיוס ומהירות הרוח כ-2,100 קמ”ש – פי 7 ממהירות הרוח המקסימלית בסופת ההוריקן החזקה בהיסטוריה, וילמה. וממילא, גם אם תגיעו לשם לבושים היטב לא תוכלו לעמוד על נפטון מאחר שהוא עשוי בעיקר מגז וקרח.

כאמור, היום לפני 408 זיהה גלילאו ש”יש שם משהו”, אבל הזיהוי המדויק של נפטון ככוכב לכת התרחש רק במאה ה-19 על ידי שני אנשים שונים שלא ידעו זה על עבודתו של זה. היו אלה ג’ון אדמס ואורבן לה-וריה – אחד אנגלי ואחד צרפתי. השניים לא בדיוק גילו את נפטון אלא… חישבו אותו! כן, אדמס ולה-וריה לא היו אסטרופיזיקאים ואפילו לא פיזיקאים; הם היו מתמטיקאים! הם גילו את נפטון מתמטית, או קונספטואלית, ונזקקו לאסטרונומים שיסייעו להם באימות התצפיתי של התגלית.

הבעיה היא שהאסטרונומים המכובדים בשתי הארצות לא התפעלו מההישג המתמטי. לה-וריה, שהתייאש מהאדישות הצרפתית לתגליתו, שלח את החישובים שלו לאסטרונום הגרמני יוהן גאלה; ואדמס נסע בכבודו ובעצמו אל האסטרונום המלכותי של בריטניה, ג’ורג’ איירי, שנפנף אותו אפילו בלי כוס תה. לימים ניתן הקרדיט על הגילוי ללה-וריה לבדו, ואפשר רק לשער שאיירי שקל לאכול את מגבעת הצילינדר שלו על הפספוס הנורא.

ולסיום, רגע של עברית: בשנת 2009 הכריזה האקדמיה העברית על מיזם “כוכב עברי נולד”, ולאחר הצבעה פתוחה הוחלט ששמו העברי של נפטון יהיה רַהַב. הנימוק: כפי שנפטון הוא אל הים והמים המתוקים במיתולוגיה הרומית, רהב הוא שמו העברי של אל הים במיתולוגיה הכנענית.

הכתבה נכתבה יחד עם ד”ר אפרת סבח מהפקולטה לפיזיקה.

38 חברות טכנולוגיה מהמובילות במשק, לרבות חברות בין-לאומיות, ישתתפו בשבוע הבא ביריד התעסוקה הטכנולוגי של הטכניון. היריד יתקיים לראשונה בתולדותיו במתכונת וירטואלית באמצעות פלטפורמה חדשנית ותלת-ממדית. הפלטפורמה מדמה אולם כנסים ומאפשרת לסטודנטים, ממש כמו ביריד רגיל, לשוטט בין 3 אולמות  בהם פרוסים 38 הביתנים הווירטואליים, להכיר לעומק את החברות המשתתפות, להיפגש עם נציגי החברות, להגיש קורות חיים, להתראיין למשרות רלוונטיות ולשמוע הרצאות טכנולוגיות מרתקות באולם ההרצאות.

“כמו בתחומים רבים בחיינו בשנה האחרונה, גם את האירוע הזה אנחנו מקיימים לראשונה במתכונת וירטואלית,” אמרה דיקנית הסטודנטים בטכניון פרופ’ אילת פישמן. “חשוב לנו להמשיך ולהעניק לקהל הסטודנטים שלנו את השירותים של לשכת דיקן הסטודנטים ובתוכם ירידי התעסוקה שאנחנו מקיימים פעמיים בשנה. המגפה העולמית התגלתה גם כזרז לחידושים טכנולוגיים, ואנחנו גאים לאמץ חידוש טכנולוגי המאפשר מפגש בין החברות המובילות בישראל לבין הסטודנטיות והסטודנטים בטכניון.”

ביריד ישתתפו כאמור 38 חברות ובהן התעשייה האווירית, apple,  אמזון, אינטל, טבע, אסם,  אלביט, רפאל מערכות, Tdk-Lambda, שירות הבטחון הכללי, HP, KLA, Lumenis, Novocure, ישקר, פיליפס, NVIDIA, Deloitte ובלומברג. ביריד ישתתפו לראשונה נציגים מארגון צופן, הפועל לפיתוח ההייטק ולטיפוח כוח אדם מיומן בחברה הערבית.

את היריד מארגנת היחידה להכוון קריירה בלשכת דיקן הסטודנטים והוא מתקיים בהפקת חברת פרימיום.

כניסה ליריד התעסוקה ורשימת החברות המשתתפות

האיוונט בפייסבוק

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי והדוקטורנט נדב בן-אסא מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט יחד עם עמיתים מהרווארד פענחו מנגנון של השתנות גנטית הפיכה המסייע לחיידקי המעי להתמודד עם שינויים בסביבת המחיה שלהם. הממצאים פורסמו בכתב העת Nucleic Acids Research הרואה אור בהוצאת אוקספורד.

 

חיידקי המעי הם אוכלוסיית אורגניזמים משמעותית ביותר במיקרוביום האנושי. חיידקים אלה התפתחו במשך מאות מיליוני שנים באבולוציה משותפת (co-evolution) עם האדם ועם אבותיו, עד שכיום איננו יכולים לחיות בלעדיהם; הם חיוניים לתפקודה התקין של מערכת החיסון ולבריאותו של הגוף כולו.

חיידקי המעי נדרשים להתמודד עם הדינמיות העצומה של המעי, כלומר עם שינויים מבניים, מכניים וכימיים המתרחשים בו ללא הרף. אחד המנגנונים המסייעים להם בכך הוא שינויים מהירים והפיכים בגנומים שלהם, בתגובה לגירוי חיצוני.

 

 

במאמר הנדון נבחן מנגנון זה באחד החיידקים הנפוצים במעי,Bacteroides fragilis . חיידק זה מסוגל להחליף אזורים מוגדרים ברצף הגנטי שלו. החוקרים התמקדו בתפקידה של יכולת זו להשפיע על הביטוי הגנטי של החיידק.

החוקרים בחנו את הביטויים הגנטים של אותם שינויים (שחלופים) ומצאו שינויים נרחבים בגנום החיידקי. “בין השאר מצאנו שינויים בסוכרים המקיפים את החיידק,” אומרת ד”ר גבע-זטורסקי. “הסוכרים האלה מהווים מעין ‘תעודת זהות’ המסייעת לחיידק לנהל תקשורת עם הסביבה. כך הם גם מסייעים לגוף שלנו, וליתר דיוק למערכת החיסון, לזהות את סוג החיידק ולהגיב אליו. לכן אנחנו משערים שהשינויים במעי משנים את אותה תעודת זהות וכך מאפשרים לתאים שלנו להגיב לחיידק באופנים שונים.”

החוקרים מדגישים כי מדובר בשינויים גנטיים הפיכים המבוססים על שחלופים של אזורים בגנום במערכת מרכזית בחיידק. לכן יש לשחלופים הללו השפעות נרחבות על הביטוי הגנטי של החיידק, כולל על מולקולות חיוניות שונות.

 

האנליזה הגנטית נערכה באמצעות SMRT – טכנולוגיה חדשנית של חברת פסיפיק ביוסיינסז (PacBio) שפותחה בעשור האחרון. טכנולוגיה זו מאפשרת למפות רצפים ארוכים במולקולות די-אן-איי ויתר על כן, לזהות מודיפיקציות אפיגנטיות על מולקולות ה די-אן-איי. במערכת הנחקרת השפיעו השחלופים בגנום על מודיפיקציות גנטיות ועל הביטוי הגנטי של החיידק כולו. למערכת זו יש גם יכולות זיהוי של גורמים עוינים, כמו בקטריופאג’ים ובכך עוסק מחקר ההמשך המבוצע כרגע במעבדה.

 

המחקר נתמך על ידי קרן הנשיא של הטכניון, מלגת אלון, ISF, קרן משפחת אפלבאום, גוטווירט וHuman Frontiers-.

 

למאמר ב-Nucleic Acids Research לחצו כאן