RESEARCH

המחקר נערך בהובלתה של פרופ' אילנה גוזס ובשיתופם של פרופ' נועם שומרון, ד"ר שלמה סרגוביץ', והדוקטורנט גיא שפירא מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, פרופ' זהבה סולומון, מהפקולטה למדעי החברה ע"ש גרשון גורדון, ופרופ'  אברהם שגיא-שורץ והדוקטורנטית אלה לברט-לויט, המרכז לחקר התפתחות הילד, בית הספר למדעי הפסיכולוגיה, אוניברסיטת חיפה. תמכו במחקר: מחלקת הבריאות של צה"ל - אל״ם מיל׳ ד"ר אריאל בן יהודה, לשעבר ראש מחלקת הבריאות בחיל הרפואה של צה״ל. כיום מנהל מחלקה במרכז הרפואי לבריאות הנפש בשלוותה, שירותי בריאות כללית, ובשיתוף פעולה עם ביה"ח שריטה בברלין והמומחים למחקר בחיידקים ד"ר מרקוס היימסט ופרופ' סטפן ברסויל ועם אוניברסיטת הונג קונג שעוסקת בהשפעות זיהום האוויר (הפרופסורים ויקטור לי וז'קלין לם). המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי  MOLECULAR PSYCHIATRY מבית NATURE.

במסגרת המחקר, החוקרים בדקו קבוצה ייחודית של כ-200 יוצאי צבא ישראלים שהשתתפו במלחמת לבנון ב-1982, כולם חלק ממחקר נרחב של פרופ' זהבה סולומון, שחקרה במהלך ארבעה עשורים את תפקוד קבוצת חיילים משוחררים במישורים שונים. הבדיקה כללה היבטים פסיכולוגיים שונים הכוללים שינה, הפרעות בתיאבון, רגשות אשמה, מחשבות אובדניות, תמיכה חברתית וזוגית, עוינות, שביעות רצון מהחיים וכן שאלות העוסקות בדמוגרפיה, פסיכופתולוגיה, רווחה, בריאות והשכלה. במקביל נאספו מהם דגימות רוק.

בשלב הבא, השוו החוקרים את תוצאותיה של התפלגות המיקרוביוטה של המשתתפים למדדי התוצאות הפסיכולוגיות וכן לתשובות שהתקבלו בשאלוני הרווחה, וגילו כי אנשים עם PTSD ומדדים פסיכופתולוגיים גבוהים מתאפיינים באותה תמונת רוק של חיידקים (חתימת מיקרוביוטה אוראלית ייחודית). לטענת החוקרים, החשיבות של המחקר היא בכך שכעת לראשונה ניתן יהיה לאבחן פוסט טראומה גם באמצעות מדדים אובייקטיביים ולא רק התנהגותיים.

לראשונה: סמנים אובייקטיביים לפוסט טראומה

"למיטב ידיעתנו זהו התיאור הראשון של חתימת מיקרוביום ברוק בקרב חיילים משוחררים עם PTSD. להפתעתנו התברר שכשליש מהמשתתפים במחקר שסבלו מ-PTSD לא אובחנו מעולם ככאלה הסובלים מפוסט טראומה ועל כן לא קיבלו כל הכרה ממשרד הביטחון ומהרשויות המוסמכות", אומרת פרופ' אילנה גוזס ומסכמת "חשוב לציין שעד כה אבחון של פוסט טראומה נעשה באמצעות מדידות פסיכולוגיות ופסיכיאטריות בלבד. בזכות המחקר ניתן יהיה לאפיין בסובלים מ-PTSD סמנים ביולוגיים מולקולריים אובייקטיביים, תוך התחשבות בהשפעות סביבתיות. אנחנו מקווים כי באמצעות התגלית החדשה והחתימות של החיידקים המתוארות במחקר ניתן יהיה לסייע באבחונם של אותם חיילים כבעלי פוסט טראומה ובהתאמה לאפשר עבורם טיפול מתאים".

המחקר בוצע על ידי צוות חוקרים באוניברסיטת תל אביב, בהובלת ד"ר עדי ברזל מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה בפקולטה למדעי החיים וממכון דותן לתרפיות מתקדמות בשיתוף בית החולים ע"ש סוראסקי (איכילוב) וכן בהובלת ד"ר אסף מדי וד"ר אורי בן-דוד מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Biotechnology.

מחיר העריכה

החוקרים מסבירים ש-CRISPR היא טכנולוגיה חדשנית לעריכת DNA - כלומר חיתוך הרצף בנקודה מסוימת לשם הרס מקטעים לא רצויים או לחלופין לשם תיקון או הוספת מקטעים רצויים. הטכנולוגיה, שפותחה לפני כעשור, כבר הוכיחה יעילות מרשימה לטיפול במגוון מחלות כגון סרטן, מחלות כבד, תסמונות גנטיות ועוד.

הניסוי הראשון שנעזר בטכנולוגיית CRISPR לטיפול בבני אדם בוצע בשנת 2020 כאשר חוקרים באוניברסיטת פנסילבניה שבארה"ב יישמו אותה על תאי T – תאי דם לבנים השייכים למערכת החיסון. החוקרים לקחו תאי T מתורם, הינדסו אותם כך שיבטאו קולטן המזהה תאי סרטן, ובמקביל, באמצעות CRISPR, הרסו גנים שמקודדים לקולטן המקורי - שעלול לגרום לתאי ה-T לתקוף את תאי גופו של הנתרם.

במחקר הנוכחי החוקרים ביקשו לבחון האם לצד התועלת המסתמנת עלול להיות גם סיכון נלווה לחיתוך הגנום, וזאת תחת ההנחה שתיקון לא תמיד מתרחש, וכאשר הוא מתרחש הוא איננו תמיד מושלם.

ד"ר בן-דוד ועוזר המחקר שלו אלי ראובני מסבירים: "הגנום בתאים של כל אחד מאיתנו נשבר לא פעם באופן טבעי, ובדרך כלל יודע לתקן את עצמו. עם זאת, קורה לעתים  שכרומוזום מסוים אינו מצליח להשתקם, וחלקים גדולים ממנו, או אפילו הכרומוזום כולו, הולכים לאיבוד. שינויים כרומוזומליים כאלו עלולים לערער את יציבות הגנום – ואנחנו רואים את התופעה הזו לעתים קרובות בתאי סרטן.  במקרה של שימוש בטכנולוגיית CRISPR המשמעות היא שהליך שנועד לטפל בסרטן עלול, בתרחיש קיצון, לגרום בעצמו ליצירת גידול סרטני."

כדי לבחון את מידת הנזק שגורמת הטכנולוגיה, חזרו החוקרים על הפעולות שבוצעו בניסוי בפנסילבניה - וחתכו את הגנום של תאי T בדיוק באותו מקום ובאותו אופן – בכרומוזומים שמספרם 2, 7, ו-14 (מבין 23 זוגות הכרומוזומים שמרכיבים את הגנום האנושי).  אחר כך הם ביצעו אנליזה נפרדת לכל תא, בהליך המכונה ריצוף RNA ברמת התא הבודד, ומדדו את רמת הביטוי של כל כרומוזום בכל אחד מהתאים.

אובדן משמעותי של חומר גנטי

בחלק מהתאים זוהה בדרך זו אובדן משמעותי של חומר גנטי. כך לדוגמה, לאחר שבוצע חיתוך CRISPR בכרומוזום 14, נמצא שהוא כמעט אינו מתבטא בכ-5% מהתאים. כאשר נחתכו כל שלושת הכרומוזומים במקביל, גדל שיעור הנזק: כ-9% מהתאים לא שיקמו את הפגיעה בכרומוזום 14,  ב-10% לא תוקנה הפגיעה בכרומוזום 7, וב-3% לא תוקן השבר בכרומוזום 2. עם זאת, היקף הפגיעה בכל אחד מהכרומוזומים היה שונה.

ד"ר מדי והסטודנטית שלו אלה גולדשמידט מסבירים: "ריצוף RNA ברמת התא הבודד והאנליזה החישובית אפשרו את הזיהוי המדויק הזה, והסיבה לשוני היא מיקום החיתוך על פני הכרומוזום. בסך הכול העלה המחקר שיותר מ-9% מתאי ה-T שעברו עריכה גנטית באמצעות טכנולוגיית CRISPR איבדו בעקבות זאת כמות משמעותית של חומר גנטי. המשמעות עלולה להיות אובדן היציבות הגנומית, תופעה שעלולה לגרום לסרטן".

בעקבות ממצאיהם ממליצים החוקרים לגלות זהירות בשימוש בטכנולוגיית CRISPR לפיתוח טיפולים, ואף מציעים שיטות חלופיות, מסוכנות פחות, להליכים רפואיים ספציפיים. כמו כן הם ממליצים למקד מאמץ מחקרי בפיתוח פתרונות בשני כיוונים חלופיים: איתור סמנים על התאים הפגועים, על מנת להרחיק אותם מהחומר המוזרק לחולה; או פיתוח שיטות שיבטיחו מראש ייצור של פחות תאים פגועים.

מסכמים ד"ר ברזל והדוקטורנט שלו אלסיו נחמד: "במחקר זה ביקשנו להאיר בעיות וסיכונים אפשריים בשימוש בטכנולוגיית CRISPR. וזאת על אף  שאנו מודעים היטב ליתרונותיה, ובמחקרים אחרים אנו אף מפתחים טיפולים המסתמכים עליה. כך לדוגמה פיתחנו רק לפני זמן קצר שיטה מבטיחה לטיפול באיידס המסתמכת על CRISPR, ואנחנו אף הקמנו חברות – שאחת מהן משתמשת ב-CRISPR, בעוד השנייה נמנעת מהשימוש בטכנולוגיה זו. כלומר, מצד אחד אנחנו מקדמים את הטכנולוגיה, ומצד שני מתריעים מפני סכנותיה. לכאורה יש בכך סתירה, אך אנחנו כמדענים גאים בכך. זוהי מהותו של המדע: אנחנו לא 'בוחרים צד'. אנחנו לוקחים סוגיה ובוחנים אותה מכל צדדיה, החיוביים והשליליים, ומחפשים תשובות."

המחקר נערך בהובלת ד"ר חנה חייט ובסיוע של ד"ר עמית מרמלשטיין מהמעבדה של פרופ' יובל ניר מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, בית הספר סגול למדעי המוח, והמחלקה להנדסה ביו-רפואית, וכן בהובלת פרופ' יצחק פריד מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת UCLA בארה"ב. עוד השתתפו במחקר: ד"ר אהרון קרום וד"ר יניב סלע מקבוצת המחקר של פרופ' ניר וכן ד"ר עידו שטראוס וד"ר פיראס פאהום מהמרכז הרפואי תל אביב (איכילוב). המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Neuroscience.

פרופ' ניר מסביר כי ייחודו של המחקר הוא בכך שהוא מסתמך על נתונים מאלקטרודות שהושתלו במעמקי המוח האנושי ומנטרות את פעילות המוח ברזולוציה גבוהה, כולל ברמת הנוירון (תא עצב) הבודד. לדבריו, מסיבות מובנות, לא ניתן להשתיל אלקטרודות במוחם של בני אדם לצורכי המדע, אך במחקר זה, החוקרים נעזרו במצב רפואי מיוחד שבו הושתלו אלקטרודות במוחם של חולי אפילפסיה, כדי לנטר את הפעילות המוחית באזורים השונים לקראת ניתוח שנועד לסייע להם. החולים התנדבו לבחון את תגובת המוח לגירויי שמע במצבי ערות לעומת שינה.

במסגרת המחקר, הוצבו ליד מיטות החולים רמקולים המשמיעים צלילים שונים. החוקרים השוו את הנתונים שהתקבלו מהאלקטרודות בנוגע לפעילות תאי העצב ולגלים חשמליים מקומיים באזורים שונים של המוח, בזמן ערות ובשלבים שונים של שינה. בסך הכול נאספו נתונים מכ-700 נוירונים, כ-50 נוירונים מכל נבדק, לאורך תקופה של 8 שנים.

^{ד"ר חנה חייט}

הכל טמון בעוצמת גלי האלפא-בטא

"לאחר שצלילים נקלטים באוזן, האות נמסר מתחנה לתחנה בתוך המוח. עד לאחרונה רווחה הסברה שבמצבי שינה, האותות הללו דועכים במהירות כשהם מגיעים לקליפת המוח. במחקר שלנו גילינו להפתעתנו שגם במהלך השינה תגובת המוח חזקה ועשירה מהצפוי, ומתפשטת לאזורים רבים בקליפת המוח ומציתה תגובה דומה בעוצמתה לזו שנמדדה במצב של ערות. אולם בתכונה ספציפית אחת גילינו פער דרמטי בית הפעילות המוחית במצבי ערות ושינה - רמת הפעילות של גלי אלפא-ביתא", מסביר ד"ר חייט.

החוקרים מסבירים שגלי אלפא-ביתא (בין 10 ל-30 הרץ), קשורים לתהליכים של קשב וציפייה, שנשלטים על ידי  משוב (פידבק), מאזורים גבוהים של המוח. למעשה, במקביל להעברת המידע "מלמטה למעלה"  מקולטני החושים לאזורי עיבוד גבוהים, מתרחשת גם תנועה הפוכה: האזורים הגבוהים, שמסתמכים על ידע מוקדם שנצבר במוח, פועלים כמעין יד מכוונת ואקטיבית ושולחים מידע "מלמעלה למטה", כדי להדריך את אזורי החושים במה להתרכז, ממה להתעלם, וכדומה. כך לדוגמה, כשצליל מסוים נקלט באוזן, אותם אזורים גבוהים מזהים אם הצליל מוכר או חדש, אם הוא ראוי לתשומת לב או שאולי אין צורך להתייחס אליו. פעילות מוחית זו משתקפת כדיכוי של גלי אלפא-בטא, ואכן, מחקרים קודמים זיהו רמה גבוהה של גלים אלה במצבים של מנוחה והרדמה. על פי המחקר הנוכחי, עוצמת גלי האלפא-בטא היא למעשה ההבדל העיקרי בין מצבי ערות לשינה בכל הנוגע לתגובת המוח לגירויי שמע.

"ניתן יהיה לבחון את מידת המודעות לסביבה של אדם דמנטי או של אדם במצב סיעודי שאינו מסוגל לתקשר עם סביבתו"

 

"לממצאים שלנו יש משמעות נרחבת, מעבר לגבולות הניסוי עצמו. ראשית, הם מספקים מפתח חשוב לשאלה העתיקה והמסקרנת מכל: מהו סוד התודעה? מהי הפעילות המוחית הייחודית שמאפשרת לנו להיות מודעים למתרחש סביבנו, ונעלמת כשאנו ישנים? גילינו קצה חוט חדש, ובמחקרים עתידיים נעמיק במנגנונים האחראים להבדל זה", אומר פרופ' ניר ומסכם "בנוסף, מכיוון שזיהינו מאפיין מוחי ספציפי שמבדיל בין מצבי הכרה וחוסר הכרה, יש בידינו לראשונה מדד כמותי שמאפשר להעריך את רמת המודעות  של הנבדק בתגובה לצלילים".

"על ידי שכלול מדידת רמת גלי האלפא-בטא במוח, תוך שימוש באמצעי ניטור נגישים שאינם פולשניים (כמו EEG), אנו מקווים שניתן יהיה, לדוגמא, לוודא במהלך ניתוח שהמטופל שרוי בהרדמה עמוקה ואינו חש דבר. באופן דומה, ניתן יהיה לבחון את מידת המודעות לסביבה של אדם דמנטי או של אדם במצב סיעודי שאינו מסוגל לתקשר עם סביבתו. במקרים כאלה, רמה נמוכה של גלי אלפא-בטא כתגובה לצלילים אף עשויה להעיד שאדם שנחשב למחוסר הכרה בעצם קולט ומבין את הנאמר סביבו. אנחנו מקווים שהממצאים שלנו ישמשו בסיס לפיתוח שיטות יעילות ונגישות למדידת רמת ההכרה של אנשים השרויים לכאורה במצבים שונים של חוסר הכרה."

^{פרופ' יובל ניר וד"ר עמית מרמלשטיין}

המחקר החדש נערך על ידי הדוקטורנטית טללית מסרנו וד"ר אביגיל ברוך, שתיהן חוקרות במעבדה של ד"ר אילה למפל מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן, בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז. כמו כן, השתתפה במחקר גם ד"ר מיכל ויטמן מאוניברסיטת בר אילן. החוקרות מסבירות כי החומר הביולוגי מלנין משמש כ"פילטר" ביולוגי שבולע קרינת UV ובכך למעשה מפחית בצורה משמעותית את כמות הקרינה שחודרת לעור. יחד עם זאת, עבור אנשים רבים, בעיקר בעלי גוון עור בהיר שבעורם מיוצרת כמות מעטה של מלנין, ההגנה הטבעית מפני קרינת השמש אינה מספקת.

במסגרת המחקר, החוקרות שאבו השראה מתהליך הייצור הביולוגי של מלנין, שנשלט בזמן ובמרחב ומתרחש בתוך חללים קטנים בתוך התא הקרויים אברונים, וביקשו להוכיח שאפשר לשלוט באופן דומה בייצור הפיגמנט בתנאי מעבדה, בדומה ליכולת הייצור של הגוף. החוקרות בנו מערכת של טיפות נוזל הנוצרות בתהליך הפרדת פאזות של שני פולימרים. אותן טיפות מחקות אברונים תאיים ומאפשרות כניסה וקליטה של מולקולות לתוכן (למשל אנזים, סוג של חלבון, המזרז את התגובה). כך, הסביבה נגישה יותר לשינויים המקלים על יצירת המלנין.

"חומרים ביולוגיים הרבה יותר מורכבים בתכונותיהם מחומרים סינתטיים וכך גם הדרך שבה הם מיוצרים בגוף לעומת ייצורם במעבדה. אחד האתגרים המרכזיים שעימם אנו מנסים להתמודד הוא היכולת לשלוט בתהליך הייצור של ביו-חומרים במעבדה על ידי שימוש בתהליכים דומים לאלה שמתרחשים בגופנו לייצור חומרים ביולוגיים, בדומה לעבודה הנוכחית בה ייצרנו מלנין בתוך טיפות נוזל המדמות אברונים תאיים״, מסבירה ד"ר למפל.

תוצאות המחקר הראו שבעזרת הטכנולוגיה החדשה שהחוקרות פיתחו ניתן לשלוט בתהליך הייצור של מלנין במעבדה, ולקבל פיגמנט הדומה בתכונותיו למלנין הביולוגי.

^{מימין לשמאל: ד"ר אילה למפל, ד"ר אביגיל ברוך וטללית מסרנו}

המחקר נערך בהובלתן של פרופ' עדי שטרן והדוקטורנטית שרי הררי מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב. המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי "Nature Medicine".

פרופ' שטרן מסבירה כי מאז פרוץ הקורונה, קצב המוטציות של הנגיף יצר תהיות רבות. מצד אחד, בשנה הראשונה של המגיפה נצפה קצב הצטברות מוטציות איטי יחסית. מאידך, מאז סוף 2020, מדי פעם ״קופצים״ לחיינו וריאנטים שמאופיינים במספר גדול של מוטציות, הרבה מעבר לצפוי. השערות שונות בעולם המדע על הקשר בין חולי קורונה כרוניים לקצב היווצרות מוטציות עלו, אך הנושא טרם הוכח. במחקר החדש פרופ' שטרן וצוות המעבדה שלה מאירים חלק מהפאזל המורכב ומנסים להשיב על השאלה המדעית כיצד נוצרים וריאנטים.

"הקורונה מתאפיינת בכך שבכל אוכלוסייה ישנם אנשים שבעת ההדבקה יהפכו לחולי קורונה כרוניים. בגופם של חולים אלה, הווירוס נשאר פרק זמן ממושך והם מצויים בדרגת סיכון גבוהה למחלה חוזרת ונשנית. בכל המקרים שנצפו עד כה, היו אלו חולים עם מערכת חיסונית מוחלשת, כאשר אחת הזרועות של המערכת פגועה ואינה מתפקדת. במונחים אבולוציוניים, חולים אלו מהווים 'מדגרה' של נגיפים ומוטציות: הנגיף שוהה זמן רב בגופם ומצליח להסתגל למערכת החיסון ולטיפולים שהחולה מקבל ע"י צבירת מוטציות שונות", מסבירה פרופ' שטרן.

למרבה השמחה, דווקא מוטציות מוכרות שמאפשרות לנגיף להיות מועבר מאדם לאדם באופן יעיל לא נצפו מעולם בנגיף שמדביק את החולים הכרוניים. הממצא מעיד על כך שלא כל וריאנט שייווצר בגופם של חולים כרוניים יהפוך לווריאנט בעל יכולת התפשטות באוכלוסייה הכללית.

יש מקום לאופטימיות זהירה

המחקר כלל בחינה של חולי קורונה כרוניים בבית החולים איכילוב, המרכז הרפואי ת"א ע"ש סוראסקי. לדבריה של פרופ' שטרן, התוצאות מצביעות על תמונה מורכבת: מצד אחד לא נמצא קשר ישיר בין טיפול תרופתי להתפתחות הווריאנטים. מצד שני, התגלה שהמערכת החיסונית הפגומה של החולים היא שיוצרת לחץ על הנגיף להשתנות. למעשה, החוקרים גילו כי ישנם חולים כרוניים שהראו דפוס של החלמה לכאורה, ולאחר מכן המחלה חזרה. בכל אותם חולים , הנגיף חזר בצורה מוטנטית, כלומר ההחלמה לא הייתה מלאה, דבר שמזכיר חלקית את דרך הפעולה של נגיף ה-HIV לאחר טיפול תרופתי לקוי.

בבחינה מעמיקה של חולים מסוימים, החוקרים גילו שכאשר יש דפוס של החלמה לכאורה (שמבוסס על בדיקות מטוש שליליות הנדגמות מאזורי הלוע והאף), הנגיף בעצם ממשיך להתקיים בריאות. ולכן החוקרים העלו את הסברה שהנגיף צובר מוטציות בריאות, ואז ״מטפס״ חזרה לאזורי הנשימה העליונים.

יחד עם זאת, התמונה מורכבת: החוקרים גילו שעל אף שהחולים הכרוניים מתאפיינים בקומבינציות שונות של מוטציות שמאפשרות התחמקות מנוגדנים, זו לא כל התמונה המלאה. דווקא מוטציות מוכרות שמאפשרות לנגיף להיות מועבר מאדם לאדם באופן יעיל לא נצפו מעולם בנגיף המדביק את החולים הכרוניים. זהו ממצא משמח, שמעיד על כך שלא כל וריאנט שייווצר בגופם של חולים כרוניים יהפוך לווריאנט בעל יכולת התפשטות באוכלוסייה הכללית.

"במחשבה עמוקה, ניתן להסביר תופעות אלה בצורה הבאה: הווריאנט שהצליח להשתכן אצל חולה כרוני שסובל מפגיעה במערכת החיסונית מצא גוף 'נוח' שבו הוא יכול להישאר ולהתקיים זמן רב. בתנאים האלו הנגיף משפר עמדות בתוך גוף החולה, והוא ״נטול מוטיבציה״ לעבור לאדם אחר. ייתכן אף שמוטציות שמאפשרות מעבר לאנשים אחרים מגיעות 'על חשבון' התחמקות מנוגדנים, ולכן דווקא הווירוס יוותר על מוטציות מסוג זה לטובת מוטציות לחמיקה ממערכת החיסון של החולה אותו הוא מדביק", אומרת פרופ' שטרן ומסכמת "הקורונה מתגלה במורכבותה ומציבה בפני הקהילה המדעית אתגרים רבים. אני מאמינה שמחקרנו הצליח לגלות נדבך חסר בתמונה הגדולה, ולאפשר פתח למחקרי המשך שיגלו את מקורם של הווריאנטים השונים. המחקר מדגיש את חשיבות ההגנה על אותם חולים מדוכאי חיסון, שנמצאים בסיכון גדול ממחלת הקורונה עצמה ושעלולים להוות מאגר להיווצרות הווריאנט הבא".

^{פרופ' עדי שטרן}