ד"ר ליאת לבונטין

ד"ר ליאת לבונטין

הדוקטורנטית קים פניאס

הדוקטורנטית קים פניאס

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.

חברי הקבוצה הזוכה – הלחם עליכם:

אלברט בורלא (קרדיט: באדיבות פייזר)

ד"ר אלברט בורלא (קרדיט: באדיבות פייזר)

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.

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.

פרופ' עמית מלר עם קבוצת המחקר שלו

פרופ' עמית מלר עם קבוצת המחקר שלו

 

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.

 ד"ר יאנה רוזבסקי

ד"ר יאנה רוזבסקי

פרופ' עמית מלר

פרופ' עמית מלר

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.

פרופ'-מחקר אפלויג

פרופ'-מחקר אפלויג

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.

 

פרופ'-מחקר אפלויג עם דגם של מולקולת הפולרן שעמדה במרכז פרס נובל בכימיה לשנת 1996

פרופ'-מחקר אפלויג עם דגם של מולקולת הפולרן שעמדה במרכז פרס נובל בכימיה לשנת 1996

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.

דף השער של כתב העת האירופי לכימיה, שהוקדשה ליום הולדתו ה-65 של פרופ'-מחקר אפלויג. דף השער מתאר מולקולות שקבוצתו שלפרופ' אפלויג חקרה נסיונית וחישובית, ולמטה מופיעה משוואת שרדינגר.

דף השער של חוברת מיוחדת של כתב העת האירופי לכימיה, שהוקדשה ליום הולדתו ה-65 של פרופ' מחקר אפלויג

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:

ד"ר נתנאל קורין

ד"ר נתנאל קורין

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

פרופ' עמנואל מילמן

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.

 

 

 

תרשים מחקר מילמן. באיור: החלוקה האופטימלית של מידה גאוסית סטנדרטית במימד 3 ל-4 חלקים ממידות גאוסיות נתונות, הממזערת את שטח השפה הגאוסי המשותף, נתונה על-ידי תאי וורונוי של טטראדר רגולרי.

תרשים מחקר מילמן. באיור: החלוקה האופטימלית של מידה גאוסית סטנדרטית במימד 3 ל-4 חלקים ממידות גאוסיות נתונות, הממזערת את שטח השפה הגאוסי המשותף, נתונה על-ידי תאי וורונוי של טטראדר רגולרי.

 

תרשים מחקר קורין . באיור: התקן אוניברסלי לבידוד המפרצת ולטיפול בה. משמאל: שרטוט של ההתקן. מימין: תוצאות ראשוניות המדגימות את הטיפול באמצעות ההתקן

תרשים מחקר קורין . באיור: התקן אוניברסלי לבידוד המפרצת ולטיפול בה. משמאל: שרטוט של ההתקן. מימין: תוצאות ראשוניות המדגימות את הטיפול באמצעות ההתקן

ד"ר יותם בר-און, אימונולוג, חבר סגל בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בהרצאה על מנגנוני החיסונים והאתגרים הניצבים בפני מפתחי החיסונים לקורונה

 

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.

פרופ' יואב ערבה

פרופ' יואב ערבה

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.

 

הדוקטורנט עפרי לוי

הדוקטורנט עפרי לוי

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

בתרשים: משמאל: החיסונים. חיסוני mRNA מבוססים על החדרת mRNA מלאכותי לתוך תאים כדי שישמש תבנית לבניית החלבון הנגיפי שיפעיל את מערכת החיסון. זמן קצר לאחר כניסתן של מולקולות ה- mRNA לתא הן מתחילות להתניע את ייצורם של החלבונים החיסוניים הנדרשים לתא. mRNA מכיל מספר שינויים כימיים, שמשפרים את פעילותו בתא. מימין: המנגנון הטבעי. המחקר המתפרסם ב-Nucleic Acids Research מראה כיצד שינויים כימיים דומים, הקיימים באופן טבעי ב-mRNA, משמשים כאתרי קישור לגורמי בקרה. קישור זה משפיע על פעילותו של הריבוזום וכך מאפשר ייצור חלבונים בכמויות מדויקות יותר ובהתאם לצורכי האורגניזם.

בתרשים: משמאל: החיסונים. חיסוני mRNA מבוססים על החדרת mRNA מלאכותי לתוך תאים כדי שישמש תבנית לבניית החלבון הנגיפי שיפעיל את מערכת החיסון. זמן קצר לאחר כניסתן של מולקולות ה- mRNA לתא הן מתחילות להתניע את ייצורם של החלבונים החיסוניים הנדרשים לתא. mRNA מכיל מספר שינויים כימיים, שמשפרים את פעילותו בתא.
מימין: המנגנון הטבעי. המחקר המתפרסם ב-Nucleic Acids Research מראה כיצד שינויים כימיים דומים, הקיימים באופן טבעי ב-mRNA, משמשים כאתרי קישור לגורמי בקרה. קישור זה משפיע על פעילותו של הריבוזום וכך מאפשר ייצור חלבונים בכמויות מדויקות יותר ובהתאם לצורכי האורגניזם.

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.