קטגוריה: Uncategorized

מחקר המשלב ידע ביולוגי וכלים חדשים ממדעי המחשב הוביל לגילויים הנוגעים לייצור חלבונים בריבוזום – ״מפעל החלבונים״ של התא. את המחקר הובילו פרופ’ אלכס ברונשטיין, ד”ר איילי מרכס והדוקטורנט אביב רוזנברג מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב והוא התפרסם ב-Nature Communications.

בתאי הגוף החי קיימים מיליוני ריבוזומים, שהם מנגנונים ביולוגיים המייצרים חלבונים – מולקולות המשמשות בתפקידים מרכזיים כמעט בכל מנגנון ביולוגי. בתהליך הקרוי תרגום, הריבוזום ״קורא״ את ה״הוראות״ ליצירת חלבונים המגיעות מהגנים ומרכיב את החלבונים על ידי בניית שרשרת של אבני בניין הנקראות חומצות אמיניות. תוך ידי היווצרותו בריבוזום מתחיל החלבון להתקפל למבנה תלת-ממדי ייחודי המקנה לו את תכונותיו הביולוגיות ומאפשר את תפקודו. פגמים בתהליך התרגום או הקיפול עלולים להוביל להפרעות פיזיולוגיות קלות וחמורות כאחת.

שחקנים מרכזיים בתהליך התרגום הם הקודונים – רצפים של שלוש אותיות בסדרה הגנטית, המגדירים אילו חומצות אמיניות יחבר הריבוזום בכל מקום בשרשרת.  קודון UUU, לדוגמה, מורה לריבוזום לחבר את החומצה האמינית פנילאלנין, ואילו קודון UAC מורה לו לחבר טירוזין. כך מקודד רצף הקודונים את סוג החלבון שייבנה, שכן לכל חלבון רצף ייחודי של חומצות אמיניות. מילון ההמרה מקודונים לחומצות אמיניות, המכונה גם ״הקוד הגנטי״, משותף לכל היצורים החיים על פני כדור הארץ ולכן נחשב למנגנון קדמון מאוד מבחינה אבולוציונית.

אם כל זה אינו מסובך מספיק, חשוב לציין שבקוד הגנטי ישנם 61 קודונים המקודדים רק 20 חומצות אמיניות. במילים אחרות, כמעט לכל חומצה אמינית קיימים כמה קודונים שונים אשר מקודדים עבורה.

כאן נכנס לתמונה המחקר הנוכחי. כבר בשנות ה-60 וה-70 התקבעה הסברה – על בסיס ניסויים רבים – כי החלבון אינו  “זוכר” מאיזה קודון נוצרו החומצות האמיניות שלו. איך בדקו את זה? שיטחו חלבונים מוגמרים, תלת-ממדיים, התבוננו כיצד הם חוזרים לצורתם התלת-ממדית המקורית, ולא מצאו הבדלים בין החלבון המקורי לחלבון המקופל שנית. משמעות הדבר, כך סברו, שרק רצף החומצות האמיניות ולא רצף הקודונים הספציפיים אחראי למבנה החלבון.

קבוצת המחקר מהטכניון גילתה שסברה זו אינה נכונה לגמרי. החומצות האמיניות והחלבון, מתברר, עשויים “לזכור” את הקודון שקודד את היווצרותם. החוקרים ניתחו אלפי מבנים תלת-ממדיים של חלבונים באמצעים כלים ייעודיים שפיתחו, המשלבים שיטות מתקדמות ממדעי המחשב, למידת מכונה וסטטיסטיקה. כך הם השוו באופן מדויק את פילוגי הזוויות הנוצרות במבנים אלה תחת קידודים גנטיים שונים. הממצאים מראים שעבור קודונים מסוימים קיימת תלות סטטיסטית מובהקת בין זהות הקודון למבנה המקומי של החלבון, כלומר במיקום התואם בדיוק למיקום הקודון ברצף הגנטי.

החוקרים מדגישים כי התוצאות עדיין אינן יכולות להצביע על קשר סיבתי, כלומר עדיין לא ניתן להסיק למשל אם השינוי בקידוד גנטי גורם לשינוי במבנה החלבון המקומי, או שמבנה החלבון המקומי משפיע על הקידוד הגנטי – לדוגמה דרך תהליכים אבולוציוניים. שאלה זו עומדת בבסיסו של מחקר המשך שעליו עובדת הקבוצה בימים אלה. לדברי ד”ר מרכס, ביולוגית בהכשרתה ובהשכלתה, “אם נגלה במחקרי המשך כי הקודון אכן משפיע סיבתית על אופן קיפול החלבון, עשויה להיות לכך השפעה עצומה הן על הבנת פעילות הריבוזום והן על שימושים עתידיים כגון הנדסה של חלבונים חדשים.”

ד״ר מרכס מדגישה שהגילוי המוצג במאמר לא היה מתאפשר בלי החיבור ליכולות המחשוב והאנליזה של פרופ’ ברונשטיין. “העבודה הזאת מבוססת על מחקר רב תחומי אמיתי, כי הביולוגיה לבדה אינה יכולה להתמודד עם כמויות מידע גדולות כל כך בלי סיוע ממדעי הנתונים, ואנשי מדעי המחשב אינם יכולים לערוך מחקר כזה לבדם כיוון שאין להם את המומחיות הנדרשת בנושא הביולוגיה של הריבוזום. לכן זו דוגמה מצוינת ליתרון העצום שבמחקר בין-תחומי המחבר יכולות מתחומים שונים לכדי שלם הגדול מסכום חלקיו.”

פרופ’ אלכס ברונשטיין השלים את כל תאריו האקדמיים בטכניון – תואר ראשון ושני בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי ותואר דוקטור בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב, שם הוא מכהן כחבר סגל. כבר במהלך התואר הראשון שלו, שאותו עשה במסגרת תוכנית הטכניון למצוינים, בנה מערכת זיהוי פנים שידעה להבדיל בינו לתאומו הזהה מיכאל. מחקר זה התפתח לימים לדוקטורט בהנחייתו של פרופ׳ רון קימל ולחברת הסטארטאפ אינוויז’ן שנרכשה על ידי אינטל ב- 2012.

ד”ר איילי מרכס השלימה תואר ראשון במדעים באוסטרליה מולדתה, המשיכה לתואר שני ושלישי בטכניון בהנחיית פרופ’ נעם אדיר ולפוסט-דוקטורט בביולוגיה. כיום, אחרי כמה שנים של עבודה ברשות המחקר במוסד הטכניון, היא עובדת כחוקרת במעבדתו של פרופ’ אלכס ברונשטיין.

אביב רוזנברג השלים בטכניון תואר ראשון בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי ותואר שני בפקולטה להנדסה ביו-רפואית וכיום הוא דוקטורנט במעבדתו של פרופ’ ברונשטיין. מחקריו עוסקים בבעיות יישומיות של למידת מכונה ברפואה ובביולוגיה ובהן מידול וניתוח של השתנות קצב הלב, זיהוי פתולוגיות באותות אק״ג, שיטות סטטיסטיות ושיערוך אי ודאות ואמינות של מערכות לומדות ביישומים רפואיים.

למאמר המדעי ב- Nature Communications לחצו כאן

סידן הוא אחד החומרים החיוניים לבריאותנו. ידועה במיוחד השפעתו על חוזק העצמות, אולם פעילותו בגופנו נרחבת הרבה יותר. למעשה, הסידן הוא “שליח” המעביר אותות בין תאים ושותף בתהליכי בקרה על הביטוי הגנטי בתאי מערכת החיסון, כיווץ שרירים, העברת אותות חשמליים במערכת העצבים ועוד. שינויים ברמת הסידן בתא עלול להוביל למחלות שונות, ולכן התפתחה במהלך האבולוציה מערכת מורכבת לבקרה על רמה זו.

ד“ר רז פלטי מהפקולטה לרפואה ע“ש רפפורט עוסק מזה שנים בחקר מערכת בקרה מיוחדת השולטת על אחסון הסידן בתא. מחקרים קודמים הראו כי שני חלבונים שונים ממלאים תפקיד מרכזי במערכת זאת. האחד הוא STIM, המנטר את רמת הסידן בתא, והאחר הוא Orai  – חלבון שהוא תעלת הכניסה של הסידן הממוקמת על קרום התא. כאשר Orai מקבל מ- STIMהתראה על מחסור בסידן, הוא דואג לאספקה מחודשת של סידן לתא. כך נראית פעילותה של מערכת הבקרה Orai-STIM בתא הבריא; אך כאשר חלות מוטציות באחד משני החלבונים האלה, או בשניהם, מערכת הבקרה עלולה להפסיק לתפקד, וההשלכות הקליניות עלולות להיות הרות אסון לרבות פגיעה קשה בתאי T החיוניים לתפקודה של מערכת החיסון.

“מנגנון הבקרה של מאגרי הסידן בתא נחקר כבר שנים רבות,“ מסביר ד“ר פלטי שערך את המחקר ביחד עם ד“ר רונלד אודסין וד“ר אליה זועמת, “אבל מאחר שמדובר במנגנון מורכב מאוד הפועל בסביבה ‘רועשת’, קשה מאוד למפות את פעילותו באופן מדויק. במילים אחרות, קשה מאוד לעקוב רק אחר יוני הסידן שמועברים על ידי STIM ו-Orai.”

בשנים האחרונות עובדת קבוצת המחקר של ד“ר פלטי על האתגר הזה באמצעות מגוון טכניקות מעולמות הכימיה, הביולוגיה והפיזיקה ובשיתוף פעולה עם קבוצות המחקר של פרופ’ יובל שקד מהפקולטה לרפואה ע“ש רפפורט בטכניון ופרופ’ מייקל קינזלר מאוניברסיטת קוניטיקט. המאמר שהתפרסם לאחרונה ב-PNAS מציג את פריצת הדרך הנוכחית. לדברי ד“ר פלטי, “מדובר בהצלחה טכנולוגית-מדעית במעקב אחר התנהגותן של המולקולות האמורות, אבל יותר מכך – בפיתוח טכנולוגיה להפעלה ממוקדת וסלקטיבית של תרופות המשפיעות על מנגנון זה. זה אומנם שלב מוקדם, אך לגילוי זה עשויות להיות השלכות על טיפולים בסרטן גרורתי וכאב.“

הטכנולוגיה הייחודית המוצגת במאמר מבוססת על גישה חדשנית הקרויה פוטו-פרמקולוגיה – הפעלה של תרופות ברקמת היעד באמצעות אור. החוקרים יצרו מעין מתג אופטי שבאמצעותו הם שמים יד על הברז, כלומר שולטים בפעילותה של תעלת הסידן Orai. כך הם יכולים לפתוח את התעלה ולאפשר זרימת סידן לתא בזמן ובמקום הרצוי. בטכנולוגיה זו הצליחו החוקרים לשלוט בביטוי הגנטי בתאי T ובייצור ציטוקינים ומולקולות אחרות החיוניות לתפקודה של מערכת החיסון.

בנוסף, בסדרת ניסויים עם קבוצת המחקר של פרופ’ אלכס בינשטוק מהאוניברסיטה העברית גילו החוקרים כי מגנון בקרת הסידן של STIM–Orai פעיל בזמן חישת כאב, כך שהשפעה עליו עשויה לסייע בהבנה מדויקת יותר של מנגנוני העברת הכאב בגוף. במחקר ההמשך, הנערך עם פרופ’ מייקל קינזלר מאוניברסיטת קונטיקט, יעמיקו החוקרים את הבנתם של מנגנוני הבקרה האמורים וירחיבו את השימושים הקליניים של הטכנולוגיה שפיתחו.

המחקר נערך בתמיכת הקרן הלאומית למדע (ארצות הברית), הקרן הלאומית למדע (ישראל), הקתדרה ע“ש ססיל וסימור אלפרט לחקר הכאב, הקרן הדו-לאומית למדע ארה“ב-ישראל ומכון המחקר ע“ש רפפורט בטכניון.

למאמר המדעי ב- PNAS לחצו כאן

 

ועידת ההייטק השנתית של TheMarker והטכניון

 

 

מרכז הידע לחדשנות בטכניון קיים לאחרונה את “תחרות החדשנות בתעשייה 4.0”. התחרות, בחסות החממה הטכנולוגית ומרכז ההשקעות i4valley, נערכה זו הפעם השנייה. השתתפו בה סטודנטים לתואר ראשון ולתארים מתקדמים וכן בוגרי פקולטות שונות בטכניון, שהציעו רעיונות מקוריים לפתרון אתגרי תעשיה 4.0.

מתוך עשרות המועמדים שהגישו מועמדות נבחרו שמונה צוותים שהשתתפו בתוכנית אקסלרציה בת חמישה מפגשים, שבה קיבלו היזמים כלים לניהול תהליך החדשנות על פי מודל “מסע הרעיון” של פרופ’ מרים ארז – חברת סגל בפקולטה להנדסת תעשייה וניהול, יו”ר מרכז הידע לחדשנות בטכניון וכלת פרס ישראל לניהול לשנת 2005.

מסע הרעיון עסק בזיהוי האתגר, בפתרונות יצירתיים לפתרון, בבחירת הפתרון ליישום, בהגדרת המוצר והצעת הערך, בזיהוי השוק, בצורך במוצר מצד משתמשים פוטנציאליים, במודל העסקי ובאופן הצגת הפיתוח בפני שופטים מומחים. המשתתפים למדו שיטות לזיהוי ובחירה של השוק, לזיהוי צורכי המשתמש, לבניית מודל עסקי ולהעברת מסרים (Storytelling) באופן אפקטיבי.

תחרות  Industry4Connect התקיימה ביום היזמות הטכניוני. כל המשתתפים הציגו את המיזמים שלהם והוכיחו את הערך של הרעיון בפני חבר שופטים מכובד. בסופה הוכרזו הזוכים, שזכו גם בפרסים כספיים נדיבים מטעם. I4Valley

במקום הראשון זכו הדוקטורנטית רעות קדם והמנחה פרופ’ יואב שכטמן מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית. רעות הציגה שיטה חדשנית שהם פיתחו לייצור רכיבים אופטיים מדויקים באמצעות הדפסת תלת-ממד. יישום הפתרון יחליף את החדרים הנקיים בהדפסת תלת-ממד, שינוי שיוביל לקיצור התהליך תוך שמירה על הביצועים של הרכיב, הוזלה משמעותית של הפיתוח והייצור, קיצור לוחות הזמנים עד למוצר הסופי וגמישות בתכנון הרכיב.

במקום השני זכו ד”ר דורון קלפץ’ ושותפו אבנר שמואל מהפקולטה להנדסת מכונות, שפיתחו טכנולוגיה חדשה לייצור מטא-חומרים בעלי תכונות מרובות עבור תעשיית הרכב והתעופה. החומרים החדישים מתאימים למגוון מגזרים תעשייתיים והייחוד שלהם הוא היותם דינמיים  ומסתגלים לסביבות משתנות.

את המקום השלישי חלקו שני מיזמים בהחלטה שהתקבלה בתחרות עצמה.

המשתתף הראשון הוא בועז פרידר, סטודנט לתואר ראשון במתמטיקה ומדעי המחשב, שיזם רעיון לחיבור מנהלי תפעול ואחזקה של אתרים בשטח באמצעות משקפי VR. הפתרון מאפשר שיפור בזמינות ובאיכות הטיפול בתקלות בזמן אמת.
המשתתף השני שקיבל את המקום השלישי הוא עומר עבודי, סטודנט לתואר ראשון במדעי המחשב. הרעיון שהציג הוא אפליקציה לשימוש בטלפון האישי, שתשמש לאיתור טעויות בייצור בכמויות קטנות באמצעות למידה חישובית כדי לשמר את הידע ולמזער טעויות חוזרות.

בתחרות שפטו מנכ”ל חממת I4Valley  סיון יחיאלי, סמנכ”ל טכנולוגיות בחממה צביקה ויינשטוק, פרופ’ אבי שרודר מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון, פרופ’ ראובן כץ מהפקולטה להנדסת מכונות וסמנכ”ל פרויקטים ב-hub-,T ראש תוכנית “ביזטק” אוהד יניב, מנהל  מעבדת IOT בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב איתי דברן ופרופ’ מרים ארז. התחרות מתקיימת זו השנה השנייה במסגרת יום היזמות בטכניון. השופטים הדגישו את הפרויקטים שזכו בפרס הראשון והשני, הצפויים לדעתם לשנות את התעשייה, לקדם אותה אל המאה ה-21 ולתרום להעלאת הפריון ורמת החיים בישראל ובעולם.

האקתון האנרגיה ע”ש גיא סלע התקיים לאחרונה בטכניון. האירוע, המתקיים בתרומת חברת SolarEdge,  נערך בהובלת תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון במסגרת אירועי יום היזמות בטכניון ובשיתוף מרכז היזמות t-hub והקהילה לחדשנות באנרגיה EnergyCom.

בהאקתון השתתפו כ-70 סטודנטים מכל התארים מתשע אוניברסיטאות ומכללות בארץ, שנענו בהתלהבות לאתגר שהוצב בפניהם: “אגירה והמרה של אנרגיה מתחדשת בקנה מידה גדול”. את הסטודנטים ליוו 40 מנטורים מהאקדמיה, מהתעשייה ומתחום היזמות, ו-11 שופטים בכירים לקחו חלק בשיפוט ובבחירת הזוכים.

ראש תכנית האנרגיה פרופ’ יועד צור, שכיהן כראש הוועדה המארגנת, אמר בטקס הסיום: “אירוע זה מייצג בין-תחומיות במיטבה. התכנסו כאן סטודנטים ומומחים מתחומים שונים לחשיבה אינטנסיבית משותפת. תוכנית האנרגיה חרטה על דגלה, כאחת ממטרותיה המרכזיות, לקדם מחקר משותף בין-תחומי. כראש התוכנית אני מאוד גאה לראות פעילות כזו מתקיימת תחת המטרייה של תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד.”

במקום הראשון זכה הפרויקט Heat2Heat של המשתלמים דוד קייסר ודרור מירון מהתוכנית הבין-יחידתית באנרגיה, גל אביעוז כהן מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון, חן דגן מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית ואביעד נבון מהפקולטה להנדסה חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי. לדבריהם, “הפתרון שהצענו מתבסס על אגירה תרמו-כימית, ובמילים פשוטות, יצירה של ‘אבקת חום’. זהו חומר המסוגל לאצור בקשרים הכימיים שבתוכו אנרגיה שמקורה בהמרה של  אנרגיית השמש לחום. את החומר והאנרגיה האצורה בו אפשר לאגור לאורך זמן בתנאים פשוטים, לשנע אותם בקלות ובעת הצורך להפיק את האנרגיה כחום לשימוש במפעלים תעשייתיים. התהליך שפיתחנו על סמך הספרות המדעית הרלוונטית הוא תהליך זמין, זול, יעיל ובר-קיימא.”

במקום השני זכה פרויקט battAIRy של הסטודנטים יוסף קסל ונתן בלנק מהתוכנית הבין-יחידתית באנרגיה,  נועה כהן ומייקל פרל מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי ועידו בן-הרצל מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית. הקבוצה הציגה רעיון שמתבסס על אגירה של אוויר מונזל. הפתרון מורכב ממתקנים תרמואקוסטיים הבנויים כך שכאשר מחממים את חלקם העליון על ידי אור שמש מרוכז, נוצרים בתוכם  גלים אקוסטיים. גלים אלה גורמים לתחתית המתקן להתקרר ובכך מנזלים אוויר בצורה יעילה. את האוויר המונזל ניתן לאגור לטווחי זמן ארוכים ולהשתמש בו בעת הצורך לקירור או להפקת חשמל.

במקום השלישי זכה פרויקט Metha של קבוצה משותפת מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון (ניר לוי) ומאוניברסיטת אריאל (רפאל בגוונוב, דרור טפירו, שיר כהן ואיתמר כאליהו). קבוצת Metha הציגה מכולה המכילה בתוכה מערכת ללכידת פחמן דו-חמצני, אלקטרוליזה לייצור מימן וריאקטור לטובת ייצור מתנול סינתטי (מהריאקציה בין המימן לפחמן הדו-חמצני). המתנול מיועד להחליף דלקים (קרוסין של מטוסים, דיזל ומזוט של ספינות ודיזל של משאיות) ובכך להפחית את כמות גזי החממה בצורה משמעותית. הוא משמש לייצור חשמל (לדוגמה, באילת יש גנרטור שמספק חשמל לעיר משריפת מתנול) ויש לו שימוש נרחב בתעשייה הכימית למגוון שימושים. בנוסף, חברי הקבוצה רואים ערך נוסף למערכת במחזור גזי הפליטה לטובת ייצור אנרגיה. בנוסף להפחתת אחוז הפליטות של המשתמשים לאטמוספירה תושג גם הקטנת קנסות על פליטת פחמן דו חמצני, קנסות הצפויים לגדול משמעותית עד 2050. הקבוצה הדגימה היתכנות כלכלית עם החזרה מלאה של סכום הכסף המושקע ב-5.8 שנים. שוק המתנול העולמי נמצא בצמיחה משמעותית של כ- 6 אחוזים בשנה.

בכירים מהנהלת חברת התוכנה PTC (נאסד”ק: PTC) מארה”ב, קנדה והודו ביקרו בטכניון כדי לבחון מקרוב את התקדמות שיתוף הפעולה האסטרטגי בין החברה לטכניון. במסגרת הביקור סיירה המשלחת במרכז המחקר והפיתוח של החברה בקמפוס ההולך ונבנה בימים אלה.

במסגרת ההסכם שנחתם בשנה שעברה תשקיע החברה 15 מיליון שקלים בהקמת מרכז המחקר והפיתוח החדש שלה בטכניון. . החברה תעביר את 100 עובדי מרכז הפיתוח החיפאי שלה, ששכן עד כה בפארק התעשייה מתם, לבניין ייעודי בטכניון, והיא מתכננת להרחיב את מרכז הפיתוח בשנים הקרובות. בנוסף מקיימים הטכניון והחברה קשרים הדוקים לפיתוח המחקר וההוראה בקמפוס בתחומים הקשורים לטכנולוגיות ייצור מתקדמות. החברה הקצתה תקציב שנתי רחב היקף למחקרים משותפים בתחומים אסטרטגיים ובהם הדפסת תלת-ממד, אינטרנט של הדברים, מציאות רבודה, סימולציות ו-Generative Design.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון אמר כי ” מה שמייחד את הטכניון הוא שליחותו הלאומית, שכוללת אחריות לשגשוגה של הכלכלה הישראלית ושמירה על ביטחונה. אינני מכיר עוד אוניברסיטה בעולם שיש לה השפעה כזו על כלכלת המדינה בה היא פועלת ועל תחומים רבים אחרים. ההייטק הישראלי נולד כאן ובוגרי הטכניון משולבים בתפקידים המובילים במשק הישראלי. שיתוף הפעולה עם חברת PTC חשוב לנו מאוד ומשתלב בחזון הטכניון לשנים הבאות. פריצות דרך מדעיות וטכנולוגיות מצריכות כיום מחקר רב-תחומי ושיתוף פעולה הדוק בין האקדמיה לתעשייה. בשנתיים החולפות פעלנו לבניית אקוסיסטם חדש עם התעשייה וקידמנו את המחקר המשותף בקמפוס. אנו מעודדים מרצים מהתעשייה להשתתף בחיים האקדמיים בטכניון, להנחות וללמד – פעילות החושפת את הסטודנטים ואת החוקרים שלנו לשינויים ולשאלות בעולם האמיתי. היעד שלנו הוא לשלב בקמפוס מועדון איכותי של חברות שלטכניון יש קשרי מחקר עמוקים איתן, שיהפכו לחלק מתהליך הכשרת הסטודנטים שלנו. PTC היתה הראשונה להצטרף ואני שמח לבשר שבשנה האחרונה הצטרפו למועדון איכותי זה גם חברות נוספות כולל אינטל, גוגל ודוראל. יחד עימן ניצור בקמפוס נקודת מפגש לתעשיות מגוונות עם האקדמיה.”

קווין רן, המשנה לנשיא למוצרים ב-PTC הבינלאומית, אמר : “אנחנו אופטימיים מאוד לגבי שיתוף הפעולה עם הטכניון, חיבור ששלושת יעדיו הם מחקר בסיסי, סיוע לטכניון בהכשרת המהנדסים הטובים ביותר שאפשר ושילוב כוחות בין הטכניון, PTC ולקוחות החברה. יש לנו מאות לקוחות בתעשייה ברחבי העולם, וכל אחד מהם עובר כעת מהפכה טכנולוגית ומחפש דרכים לשיפור הייצור ותהליכים נוספים. אין לי ספק שמחקרים הנערכים בטכניון יוכלו לסייע לנו בשיפור המוצרים שלנו, והטכניון ירוויח מכך שנסייע לו בהכשרת מהנדסי העתיד.”

זיו בלפר, מנכ”ל PTC ישראל, המשנה לנשיא עולמי למחקר ופיתוח אמר :”בכל העולם מכירים בחשיבות שיתוף הפעולה בין האקדמיה והתעשייה. בהקשר זה צברה  PTC15 שנים מוצלחות במיוחד של שיתוף פעולה עם אוניברסיטת אאכן בגרמניה, שבמסגרתו נבנה קמפוס נפרד שכולל מעבדות פיתוח ומחקר עבור חברות שמשתפות פעולה עם הסגל האקדמי. כך כבר הוקמו כמה מיזמים מוצלחים שהפכו לחברות מסחריות. כעת אנחנו רוצים לשכפל את ההצלחה הזאת עם הטכניון ועם השוק הישראלי. שיתוף הפעולה עם הטכניון הוא דוגמה טובה לאופן שבו התעשייה יכולה להשפיע על האקדמיה, והטכניון יהפוך כעת למקום הראשון בעולם שיכניס טכנולוגיה של ‘תאום דיגיטלי’ לחינוך ולהכשרת הסטודנטים. אני נרגש מאוד משיתוף הפעולה, ועבורנו מדובר באתגר שהוא הזדמנות.”

פרופ’ בועז גולני, המשנה לנשיא ומנכ”ל הטכניון וחבר בוועדת ההיגוי שהוקמה כדי לחבר בין PTC לטכניון, אמר כי השת”פ עם PTC נמצא בהלימה מלאהלתחום התעשיות הדיגיטליות הנמנה עם אחד משלושת כיווני הפיתוח המרכזיים שנקבעו בתוכנית האסטרטגית של הטכניון.  פרופ’ גולני הזכיר כי בהסכם השת”פ הביעו הצדדים עניין להקים מועדון של חברות העוסקות בתחום הזה כאשר PTC תשמש כגורם מנהיג ומוביל במועדון.  פרופ’ גולני הוביל את סיור המשלחת בבניין מרכז המחקר והפיתוח בפארק תעשיות גוטווירט בקמפוס, העתיד להיפתח בסוף 2022. זיו בלפר הודה לפרופ’ גולני על תפקידו המרכזי בהידוק הקשר בין הטכניון ל-PTC.

PTC היא חברה אמריקאית שבסיסה בבוסטון והיא נסחרת בנאסד”ק. הטכנולוגיה שלה מסייעת לחברות בכל העולם לנהל את מחזור חיי המוצר שלהן לרבות תכנון, ייצור, תפעול ותחזוקה של המוצרים בעולם חכם ומחובר. עם לקוחותיה של  PTC נמנות חברות ייצור וטכנולוגיה מהגדולות בעולם ובהן טויוטה, לוקהיד מרטין, בואינג, אאודי, קאטרפילר, ג’נרל אלקטריק, רייתיאון, EADS, סמסונג, דל, טושיבה ומוטורולה.

מרכז הפיתוח של PTC  בישראל פועל מאז 1991 כמרכז הפיתוח הראשון של החברה מחוץ לארה”ב. מאז היווסדו מובל מרכז פיתוח זה על ידי בוגרי הטכניון שחלקם אף התקדמו לעמדות בכירות במסגרת הגלובלית של PTC. כיום מעסיקה החברה מאות עובדים בשני מרכזי פיתוח בהרצליה ובחיפה. מרכז הפיתוח הישראלי הוא מרכז הפיתוח השני בגודלו בעולם מחוץ לארה”ב והוא אחראי לפיתוח המוצרים המובילים של PTC.

התוכנה של PTC מאפשרת לתכנן מוצרים בתלת-ממד ולנהל את כל חיי המוצר משלב הרעיון, התכן והייצור ועד לתמיכה אצל הלקוח. התוכנה מאפשרת לתכנן את המוצר באופן דיגיטלי, לראות אותו בתלת-ממד, לבחון כיצד כל המרכיבים שלו משתלבים יחד ולאפשר ללקוחות ולספקים לבחון אותו בשלבי התכנון ולשנות אותו בקלות יחסית עוד בטרם הגיע לשלבי הייצור. מחזור המכירות של חברת PTC בשנת 2019 היה  1.25 מיליארד דולר והיא מוכרת את מוצריה ליותר מ-28,000 ארגונים בכל רחבי העולם.

אפשר לשער שגם מכחישי משבר האקלים יתקשו לראות בחיוב את תרבות הצריכה העכשווית. אם בתחילת המאה ה-21, בשורת הצמיחה העלתה על נס את העיצוב ככוח כלכלי, הרי לאחר יותר מעשור נראה שהמטוטלת עברה לצד השני. “יש שינוי בעולם, סוג של משבר, שמבהיר שאי אפשר להמשיך כמו קודם,” אומר המעצב יואב שטרמן, חבר סגל במסלול לעיצוב תעשייתי בפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים. “הקפיצה הטכנולוגית, ההשקעה בעיצוב ובייצור המוני הביאו בחסות הגלובליזציה למצב של עודף ייצור. כיום המעצבים צריכים לדעת לרתום את הטכנולוגיה המתפתחת במהירות לטובת המשתמש ולטובת ייצור מקיים, מקומי ולפי דרישה.”

נקודת המוצא שעליה מצהיר שטרמן הובילה להקמת המעבדה לחומר מקודד – Coded Matter, שפתח לאחרונה. המחקרים במעבדה יובילו מהלך של הגדרה מחדש של תפקיד המעצב במציאות הנוכחית – תפקיד ששטרמן מכיר היטב בזכות ניסיונו בתעשייה. הוא הגיע למסלול לעיצוב תעשייתי אחרי שלמד תואר ראשון בבצלאל ותואר שני ב-Media Lab MIT בהנחיית פרופ’ נרי אוקסמן. אחרי הלימודים המשיך לעבודה בחטיבת החדשנות של חברת נייקי. מבחינתו הייצור המתקדם, ובעיקר ההתמקדות בייצור בהתאמה אישית, הם העתיד של תחום העיצוב. זהו עתיד שהאקדמיה היא האכסניה הטובה ביותר לקידומו הודות לחופש מההגדרות המסורתיות של התעשייה כמו גם תפיסות מושרשות וקונבנציות מקצועיות. שטרמן מבהיר ש”המחקר האקדמי משחרר את המעצבים מאילוצים כלכליים ומאפשר להם לאתגר את התעשייה.”

עם שובו לישראל עבד שטרמן בתעשיית הטקסטיל (חברת דלתא), והוא מסביר שזו אומנם תעשיית לואו-טק שמתבססת על עבודת ידנית, אולם בשנים האחרונות מתחולל בה שינוי בזכות השימוש במדפסות תלת-ממד ומכונות סריגה ואריגה דיגיטליות. “הטכנולוגיות החדשות מרחיבות את האפשרות לייצור מותאם אישית וכך מעוררות שאלות בנוגע למחזור, ייצור טקסטיל בר-קיימא וצמצום משאבים. אלה השאלות שאיתן אנחנו מתמודדים במעבדה.”

במעבדה כבר מתקיימים כמה מחקרים הבודקים את האפשרות של התאמה אישית באמצעות הדפסת תלת-ממד וטכנולוגיות ייצור מתקדמות. אחד המחקרים, לדוגמה, מתמקד בייצור חזייה לנשים אחרי ניתוח כריתת שד. עד כה נאלצו נשים אלה ללבוש פרוטזה. על ידי סריקה אישית והאלגוריתם שמפותח במעבדה אפשר לייצר חזייה המותאמת באופן מושלם, באופן המקל על השימוש וממטב את תהליך הייצור.

העובדה שחלק ניכר מהחוקרים הם מעצבים בעלי ניסיון מגבירה את הסיכוי שהידע שיצטבר במסגרת המחקרים במעבדה יגיע לרצפת הייצור ולתעשייה לטובת העתיד של כולנו.

השנתיים האחרונות הגבירו את המודעות האנושית לנזקיהם של נגיפים. ועדיין, לא רבים יודעים כי יש נגיפים שקורבנותיהם הם… חיידקים.

מחקר שערכו חוקרי הטכניון באוקיינוס השקט התמקד בחיידקי ציאנובקטריה ובנגיפים הימיים התוקפים אותם – ציאנופאג’ים. את המחקר הובילו חוקרי הפקולטה לביולוגיה פרופ’ דבי לינדל והפוסט-דוקטורנט ד”ר מייקל קרלסון.

לדברי פרופ’ לינדל, “נגיפים הם מרכיב חשוב בביוספרה של כדור הארץ והם מעצבים את שכיחות המיקרואורגניזמים, תפוצתם, שונותם והתפתחותם. לכן חשוב להבין את השפעתם של תנאי סביבה שונים הן על אוכלוסיות האורגניזמים והן על אוכלוסיות הנגיפים התוקפות אותם.”

ציאנובקטריה הם חיידקים ימיים המבצעים פוטוסינתזה – בדומה לצמחים. חיידקים אלה יודעים לרתום את קרינת השמש לייצור חומרים אורגניים מהפחמן הדו-חמצני (CO₂) הזמין להם ללא הגבלה מתחת למים.

פעילותם של חיידקים אלה משפיעה עלינו בהיבטים שונים, ואלה שניים מהם: ראשית, תוצר הלוואי של תהליך הפוטוסינתזה הוא חמצן, וחיידקים קדומים אלה מספקים לאטמוספרה חלק משמעותי מהחמצן המאפשר חיים על כדור הארץ. שנית, ציאנובקטריה הם חלק חשוב בתחתיתה של שרשרת המזון – הם נטרפים על ידי יצורים גדולים יותר וכך, בעקיפין, מזינים את שאר בעלי החיים הימיים, שמחלקם ניזון גם האדם.

אולם חיידקי הציאנובקטריה אינם מאוימים רק על ידי טורפים אלא גם על ידי ציאנופאג’ים – נגיפים ימיים המדביקים אותם ומביאים למותם. מנקודת הראות של הציאנובקטריה, ציאנופאג’ים הם אויבים מרושעים ומזיקים, אולם מנקודת ראות אקולוגית רחבה, לנגיפים אלה יש תפקיד חשוב בוויסות אוכלוסיית הציאנובקטריה.

וכעת – למחקר שנערך בטכניון. המחקר האמור, שהתפרסם כעת ב-Nature Microbiology, מבוסס על שיטות מולקולריות מקוריות שפיתחו חוקרי הטכניון – שיטות המאפשרות כימות של הציאנופאג’ים ואומדן של שיעור ההדבקה של חיידקים ימיים שונים על ידם. אלה הכלים שבאמצעותם מיפו החוקרים את תפוצתם של נגיפים וחיידקים אלה באזור הנתון באוקיינוס השקט.

כדי לאסוף את הנתונים ערכה קבוצת המחקר, בשלוש שנים רצופות, שלוש הפלגות מהוואי צפונה על פני שלושה אזורים:Subpolar gyre , Subtropical gyre ואזור החיץ שביניהם – בסך הכל 2,200 קילומטרים בצפון הים השקט. “ככל שמצפינים,” מסבירה פרופ’ לינדל, “נעשים המים קרים יותר, מלוחים פחות ועשירים יותר בניוטריינטים – חומרי תזונה – מה שמשפיע הן על הציאנובקטריה והן על הציאנופאג’ים. המחקר שלנו נועד לבדוק את השפעתם של שינויים מרחביים אלה על שני סוגים של ציאנובקרטיה – פרולורוקוקוס (להלן פ”ק), הנפוץ יותר בקרבת הוואי, וסינקוקוקוס (להלן ס”ק), הנפוץ יותר בצפון – ועל הציאנופאג’ים התוקפים אותם.”

החוקרים גילו רצועה ברוחב 550 קילומטרים שבין שני האזורים (gyres), המאופיינת בשכיחות גבוהה במיוחד של ציאנופאג’ים ליחידת נפח – לעתים עד פי 10 מבאזור הדרומי, הסובטרופי. לכן חיידקי הציאנובקטריה משגשגים דווקא באזורים דלי נוטריינטים. בנוסף גילו החוקרים כי ברצועה זו שאותה הם מכנים “הוט ספוט”, גוברת ההדבקה של ציאנובקטריה על ידי ציאנופאג’ים. רצועה זו יוצרת גבול ביולוגי בין אותם אזורים.

להפתעתם גילו החוקרים כי בשנת 2017 חל שינוי דרמטי בתפוצת הציאנובקטריה והציאנופאג’ים בהוט ספוט באוקיינוס השקט. חיידקי פ”ק, שהיוו בשנים קודמות כ-29% מסך הבקטריה באזור הזה, הידלדלו ל-5% בשנת 2017 ותפוצתם קטנה. חיידקי ס”ק, לעומת זאת, שגשגו ושכיחותם ותפוצתם גדלה יחסית לשנים הקודמות. “זה הפתיע אותנו וכמובן רצינו להבין את סיבת השינוי – הרי הטמפרטורה נשארה סבירה עבור שני הסוגים, לא נצפה מחסור בנוטריינטים וגם ריכוז העופרת, העשוי ברמה מסוימת להיות רעיל עבורם, לא הגיע לרמה כזו. ההשערה שלנו הייתה היא שגורם התמותה העיקרי באותו שנה היה ההדבקה הנגיפית – כלומר פעילות ציאנופאג’ית – שפגעה כמעט רק בסוג הראשון של החיידקים.”

החוקרים מצאו כי ב-2017 נרשמה ברצועת ההוט ספוט עליה משמעותית של כ-25% בשכיחות הציאנופאג’ים  – עלייה של חצי מיליון נגיפים למיליליטר, יחסית לשנים הקודמות – והם הדביקו הרבה יותר ציאנובקטריה. “זאת בהחלט הייתה שנה רעה לאוכלוסיית הפ”ק. להערכתנו, באותה תקופה חיסלו הנגיפים עשרות אחוזים מאוכלוסייה זו; עם זאת, מאחר שהסוג השני, ס”ק, גדל ומתחלק מהר יותר, הוא נפגע פחות מהנגיפים ולכן הצליח לשרוד טוב יותר, ואת הפגיעה העיקרית ספגה אוכלוסיית הפ”ק.”

המחקר מראה אפוא כי ציאנופאג’ים עשויים לחולל שינוי דרמטי בגודל אוכלוסיית הציאנובקטריה ולתפוצתה הגיאוגרפית – שינוי שיש לו השלכות משמעותיות על האקוסיסטמה הימית.

המחקר נערך בהובלת פרופ’ לינדל וד”ר קרלסון עם חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון ומאוניברסיטת הוואי. הוא נתמך על ידי מענק ERC (לפרופ’ לינדל) ומלגת קרן פולברייט (לד”ר קרלסון) וההפלגות התקיימו במסגרת SCOPE  ומומנו על ידיSimons Foundation .

 

למאמר בכתב העת  Nature Microbiology לחצו כאן

ביום שני, 23 במאי, הוענקו בטכניון תוארי דוקטור בפילוסופיה (PhD) ל-212 דוקטוריות ודוקטורים חדשים. האירוע נפתח בברכותיהם של המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’ ודיקן בית הספר לתארים מתקדמים ע”ש ג’ייקובס פרופ’ דן גבעולי. את הטקס כולו הנחה פרופ’ עירד יבנה מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב המכהן כמנכ”ל מוסד נאמן.

המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’ פתח בדברי תודה “למשפחות, להורים, לבני ובנות הזוג, לחברים הקרובים, לילדים ולכל אלו שללא תמיכתם, דבר מכל ההישג שאנו רואים כאן לא היה מתקיים.” הוא הוסיף כי “טיבו של מחקר חדשני, עמוק, מוביל ופורץ דרך שקשה לזהות בו את אקורד הסיום. אתם כנראה יודעים טוב מכולנו שכל שאלת מחקר שמקבלת תשובה מציפה לפחות שלוש או ארבע שאלות חדשות. אף אחת מהן לא משדרת תחושה של מיצוי, של סיום, ושל סגירה. נהפוך הוא, אקורד הסיום של הדוקטורט הוא אקורד פתיחה לעולם מחקרי ומקצועי שמונע מסקרנות, מחתירה לאמת, ממימוש היכולת שלכם להעמיק לתוך בעיה מורכבת וסבוכה ולפרוץ בה דרך, ומהרתימה של היכולת הזו להתמודדות עם אתגרי אמת מולם ניצבת החברה. כל אלו, יחד, הופכים את אותו אקורד סיום חמקמק של הדוקטורט לאקורד פתיחה של דרך נפלאה, דרככם כמצטרפים החדשים למשפחת בוגרי תואר דוקטור בטכניון. בהצלחה.”

“שני המרכיבים העיקריים בשגשוגו של הטכניון הם חברי הסגל והדוקטורנטים,” אמר דיקן בית הספר לתארים מתקדמים פרופ’ דן גבעולי. “אתם, הדוקטורנטים, הייתם מאבני היסוד של הטכניון בזמן לימודיכם כאן ואנו גאים בכם על כך – וגאים בהישגיכם בעתיד.” פרופ’ גבעולי ציין כמה נתונים סטטיסטיים הקשורים למקבלי התואר: “את 212 המסיימים הנחו 276 מנחים. מספר המנחים גדול ממספר הדוקטורים משום שרבות מהעבודות עוסקות בנושאים רב תחומיים המצריכים יותר ממנחה אחד. יש כאן 212 מסיימים מ-26 ארצות, כמה מהם עולים חדשים. הדוקטור הצעיר ביותר הוא בן 28, והמבוגרת ביותר בת 76 – מה שמראה שלעולם לא מאוחר מדי להתחיל ללמוד לדוקטורט. בהצלחה.”

נתונים נוספים על מחזור בוגרי הדוקטורט לשנת תשפ”ב: אחוז הדוקטוריות החדשות הוא כ-40% מכלל המסיימים. 75 מהדוקטורים החדשים עשו את הדוקטורט במסלול ישיר. הפקולטה לרפואה היא המובילה במספר המסיימים (33). רוב המסיימים הם ילידי ישראל (141), וארצות המוצא האחרות המובילות במספר המסיימים הן חבר העמים לשעבר (14), רוסיה (11), סין (7), הודו (7) אוקראינה (4) וארצות הברית (4).

בשם מקבלי התארים דיברו בני הזוג ד”ר נטלי וד”ר אורן ריז’נסקי, שסיימו את עבודות הדוקטורט שלהם בביולוגיה ובהנדסת מכונות, בהתאמה. השניים אמרו בטקס כי “דוקטורט הוא רכבת הרים של ניצחונות וכישלונות ועבודה סיזיפית. המשותף לכל מקבלי התואר הוא התמודדות עם אתגר כדי לגלות משהו שלא ידעו קודם.”

בני הזוג נפגשו במהלך השירות הצבאי במדור ההדרכה בחיל ההנדסה הקרבית. לאחר הצבא החל אורן ללמוד לתואר ראשון בפקולטה בהנדסת מכונות בטכניון ונטלי בפקולטה לביולוגיה באוניברסיטה העברית בירושלים. כשסיימה את לימודיה הצטרפה נטלי לאורן במעונות הטכניון, ושניהם החלו ללמוד בטכניון לתואר שני שהפך עד מהרה למסלול ישיר לדוקטורט. בעבודת הדוקטורט חקרה נטלי, בהנחיית פרופ’ אמריטוס אריה אדמון מהפקולטה לביולוגיה, “זיהוי פפטידים מוטנטים וייחודים בתאים סרטניים”, ואורן חקר תגובה מכנית של לוחות מתכת תחת עומס בהנחייתו של פרופ’ דני ריטל מהפקולטה להנדסת מכונות. בתקופת הדוקטורט נולדו להם תומר, כיום בן 5, ויובל (3), ובימים אלה הם מצפים ללידת בנם השלישי.

 

המסיימת המבוגרת ביותר שהשתתפה בטקס היא ד”ר רינת באור, שערכה את מחקרה בפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה. לדבריה, אחרי שעבדה עשרים שנה כמורה למתמטיקה ו-13 שנה כמדריכת מורים, “רציתי לעשות דוקטורט ולצערי, התנאים לא אפשרו ולא הצלחתי למצוא זמן. הטכניון נתן לי הזדמנות לחקור בתנאים טובים ובפקולטה עם אווירה נעימה. זכיתי להנחיה מקדמת ולקשר טוב עם המנחה, פרופ’ עינת הד-מצויינים. גם קבוצת המחקר שבה נכללתי עזרה לי מאוד בתהליך פיתוח המחקר ובקידום החשיבה בדוקטורט.”

בטקס הוענקו תעודות דוקטור ל-212 מסיימים ומסיימות מכל הפקולטות בטכניון, ועבודות המחקר שלהם מתפרסות על פני תחומים רבים: חישובים באמצעות חיידק מהונדס (ד”ר נטליה ברגר בהנחיית פרופ’ ראמז דניאל), זרימה בשוניות אלמוגים (ד”ר שי אשר בהנחיית פרופ’ אורי שביט), הערכת נגישות המרחב העירוני ללקויי ראייה (ד”ר אחיטוב כהן בהנחיית ד”ר שגיא דליות וד”ר אסיה נטפוב), חקר התפתחות גלי מים תחת אילוץ רוח (ד”ר אלמוג שני-זרביב בהנחיית פרופ’ דן ליברזון), מצוות ראשוני להצלחה יזמית (ד”ר מורן לזר בהנחיית פרופ’ אמריטוס מרים ארז ופרופ’ אלה מירון-ספקטור), חומרים ביו-מרוכבים בעיצוב (ד”ר נעם אטיאס בהנחיית פרופ’ יאשה גרובמן ופרופ’ עזרי טרזי), שימוש במקורות מידע מגוונים לטובת התוויה מחדש של תרופות (ד”ר גליה נורדון בהנחיית פרופ’ בני קימלפלד וד”ר קירה רדינסקי), תיקון שברים בדי-אן-איי (ד”ר אינס אבו זהיא בהנחיית פרופ’ נביה איוב), הנדסת רקמת שריר לשם הגברת רגישות לאינסולין בחולי סוכרת (ד”ר מרגריטה בקרמן בהנחיית פרופ’ שולמית לבנברג ופרופ’ אמריטוס אדי קרניאלי), ומערכות חישה מתיחות לפיתוח עור אלקטרוני (ד”ר יהוא דוד חורב בהנחיית פרופ’ חוסאם חאיק).

 

הטקס הועבר בשידור חי. לקישור: https://youtu.be/B5alJzEkWSc

לחוברת עם רשימת הדוקטורטים לחצו כאן

 

טקס הענקת תואר דוקטור יתקיים היום, 23.05.22, בשעה 18:30 באמפיתאטרון ע”ש קלנר. שידור לייב בעמוד הפייסבוק וערוץ היוטיוב של הטכניון.

 

לשידור הטקס:

[su_youtube url=”https://youtu.be/B5alJzEkWSc” width=”700″ height=”200″]

לחוברת הטקס – לחצו כאן

 

חוקרים בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון פיתחו “בקטריה ביונית”. לטכנולוגיה החדשנית יש יישומים פוטנציאליים רבים בתעשייה (ייצור משופר של חומרים ודלקים), באיכות הסביבה (ניטור חומרים מסוכנים באמצעות בקטריות) וברפואה מדויקת (שחרור ממוקד של תרופות ברקמת היעד בגוף באמצעות אור חיצוני).

את המחקר הובילו ד”ר עומר יחזקאלי והדוקטורנט אורן בכר ושותפים בו הדוקטורנט מתן מאירוביץ’ והמסטרנטית יארא זיבק. כתב העת Angewandte Chemie International Edition , שפרסם את המחקר, בחר בו כמאמר יוצא דופן.

“קבוצת המחקר שלי עוסקת בממשק הנדסה וביוטכנולוגיה ברמה הננומטרית,” מסביר ד”ר יחזקאלי. “המטרה שלנו היא לטשטש את הגבולות הקיימים בין הדיסציפלינות השונות ובעיקר בין חומרים ננומטרים ומערכות ביולוגיות כגון חיידקים. במחקר שלנו אנו משתמשים בתכונות הייחודיות של חלקיקים ננומטריים מחד, ובסלקטיביות האדירה של מערכות ביולוגיות מאידך, ליצירה של מערכות ביוניות המבצעות תהליכים חיוניים.”

חלקיקים ננומטריים של מוליכים למחצה מיוצרים בדרך כלל בתהליכים כימיים המצריכים טמפרטורות גבוהות וממיסים אורגניים. במחקר הנוכחי הצליחו החוקרים ליצור, באמצעות חלבונים מהונדסים, סביבה המאפשרת גידול חלקיקים ננומטרים הפעילים בתהליכים מושרי אור בתנאים ביולוגים ובטמפרטורת החדר. לדברי ד”ר יחזקאלי, “שימוש בחלבונים מהונדסים לגידול עצמי של חומרים ננומטריים הוא אסטרטגיה מבטיחה הפותחת אופקים מדעיים חדשים לשילוב בין חומר דומם וחי. במחקר הנוכחי הדגמנו שימוש בחלבונים מהונדסים לגידול ננו-חומרים מוליכים למחצה מסוג CdS המסוגלים באמצעות קרינת אור למחזר NADPH, מולקולה בעלת חשיבות מכרעת בתהליכים אנזימטיים רבים. ”

אנזימים הם מרכיבים ביולוגיים שכיחים המשתתפים במרבית הפעולות בתא החי. אלה הם מבנים חלבוניים המניעים פעולות רצויות באמצעות יצירת סביבה ביוכימית מתאימה. מיליארדי שנות אבולוציה הובילו להתפתחות ספקטרום רחב של אנזימים האחראים לתפקודים הרבים והמגוונים בתא.

בעבודה זו הראו החוקרים כי ניתן להפיק (למחזר) את ה-NADPH באמצעות חלבון  SP1שעבר עריכה גנטית. חלבון זה בנוי מ-12 תתי-יחידות שיוצרות מבנה דמוי “דונאט” עם חור בקוטר של 3 ננומטר (3 מיליארדית המטר). באמצעות כלים של הנדסת ביוטכנולוגיה ערכו החוקרים שינויים בתתי-היחידות כך שיתאפשר גידול של חלקיק ננומטרי בתוך ה”חור” בחלבון. החלקיק הנוצר מופעל על ידי אור ומיצר שטף אלקטרונים שבתורו מפעיל אנזימי חמצון-חיזור לקבלת תוצרים כיראליים. חומרים כיראליים אלה הם מולקולות שיש להן מולקולת “מראה” – מולקולה זהה אך הפוכה בכיווניות. תהליכים טבעיים רבים, הן בגוף האדם והן בצורות חיים אחרות, למשל בבקטריות, הם כיראליים; רק צורה אחת תפעיל את המנגנון הרצוי לריפוי, לעומת מולקולת “הראי” שלעיתים לא תשפיע או במקרים מסוימים יכולה לגרום לנזק. לתעשיית התרופות יש בדרך כלל צורך באנטטיומר הבודד, (המולקולה ללא “הראי” המצומד). אנזימים הם קטליזטורים נהדרים לשם כך משום שלרוב גם הם כיראליים ומייצרים חומרים כיראליים נקיים!

המערכת שפותחה משלבת אנזימים וננו-חלקיקים ויכולה לפעול תחת אור נראה למשך 22 שעות לפחות לקבלת תוצר כיראלי נקי (מעל 99%), וביעילות המרה של המגיבים המגיעה ל-82%.

לדברי ד”ר יחזקאלי, “זוהי הדגמה ראשונית של חיבור בלתי אמצעי של חומר דומם (אביוטי) עם חומר חי (ביוטי) ופלטפורמה להפעלתו באופן שאינו קיים בטבע. הטכנולוגיה שפיתחנו מאפשרת יצירה של רכיבים היברידיים המחברים את שני סוגי החומרים האלה ליחידה אחת, ואנחנו כבר שוקדים על אינטגרציה מלאה לתאים חיים עם תוצאות ראשוניות מבטיחות. אנו מאמינים כי מעבר להצלחה הטכנולוגית הספציפית בייצור NADPH וייצור חומרים כיראליים, יש כאן הוכחת היתכנות לפרדיגמה חדשה שעשויה לתרום רבות לשיפור ביצועים בתחומים רבים ובהם אנרגיה, רפואה ואיכות הסביבה.”

ד”ר עומר יחזקאלי הוא חבר סגל בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון וחבר במכון ראסל ברי לננוטנכנולוגיה (RBNI) ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד (GTEP). במאמר תמכו משרד האנרגיה, מכון ראסל ברי לננוטנכנולוגיה ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד.

 

למאמר בכתב העת  Angewandte Chemie International Edition לחצו כאן