מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים
מוזיאון הטבע

מחקר

26.03.2023
הרובוט הזעיר שמסוגל לנווט בסביבה פיזיולוגית וללכוד תאים פגומים

הכירו את המיקרו-רובוט ההיברידי: טכנולוגיה חדשנית זעירה בגודל 10 מיקרון (גודל של תא ביולוגי)

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

חוקרים באוניברסיטת תל אביב פיתחו מיקרו-רובוט היברידי בגודל תא ביולוגי בודד (כ-10 מיקרון), שניתן לשליטה ולניווט באמצעות שני מנגנונים שונים – חשמלי ומגנטי. המיקרו-רובוט מסוגל לנווט בין התאים השונים בדגימה ביולוגית, להבחין בין סוגי תאים שונים ואף לזהות האם מדובר בתא בריא או תא גוסס, ואז להעמיס עליו את התא הרצוי ולשאת אותו להמשך אנליזה, החדרת תרופה או גן או לבודדו לצורך ריצוף גנטי. לדברי החוקרים, הפיתוח עשוי לסייע בקידום מחקרים בתחום החשוב של 'אנליזת תא בודד' (single cell analysis), וכן באבחון רפואי, בהובלת תרופות, בכירורגיה ובשמירה על הסביבה.

 

הטכנולוגיה החדשנית פותחה בהובלת פרופ' גלעד יוסיפון מבית הספר להנדסה מכנית ומהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב, ובהשתתפות הפוסט-דוקטורנטית Dr. Yue Wu מאוניברסיטת תל אביב, וכן הסטודנטית סיון יעקב והפוסט-דוקטורנט Dr. Afu Fu מהטכניון. המאמר פורסם בכתב העת Advanced Science.

 

בהשראת מיקרו-שחיינים ביולוגיים

פרופ' גלעד יוסיפון מסביר כי מיקרו-רובוטים הם חלקיקים סינטטיים זעירים בגודל של תא ביולוגי, שיכולים לנוע ממקום למקום ולבצע פעולות שונות (לדוגמה: איסוף יעיל של מטענים סינטטיים או ביולוגיים) באופן אוטונומי על פי תכנון מראש, או באמצעות שליטה מבחוץ בידי מפעיל או מערכת בקרה. לדבריו, יכולת התנועה העצמית של המיקרו-רובוטים (הקרויים לפעמים גם מיקרו-מנועים וחלקיקים אקטיביים), הונדסה בהשראת מיקרו-שחיינים ביולוגיים, דוגמת חיידקים ותאי זרע. מדובר בתחום חדשני שמתפתח במהירות, עם מגוון רחב של שימושים בתחומים כמו רפואה וסביבה, וגם ככלי מחקרי.

 

"הכוונה בעתיד היא לפתח מיקרו-רובוטים שיפעלו גם בתוך הגוף – למשל כנשאי תרופות יעילים שניתן לנווט אותם למטרה באופן מדויק."

 

במסגרת הפיתוח החדשני, החוקרים השתמשו במיקרו-רובוט כדי ללכוד תא דם, תא סרטני או חיידק בודד, והראו כי הוא מסוגל להבחין בין תאים בעלי רמות חיות שונות – תא בריא, תא שנפגע על ידי תרופה, או תא שמת או גוסס בתהליך 'התאבדות' טבעי (הבחנה כזאת עשויה להיות משמעותית לדוגמה בעת פיתוח תרופות נגד סרטן).

 

כמו כן, לאחר שזיהה את התא המבוקש, הצליח המיקרו-רובוט גם ללכוד אותו ולהובילו להמשך טיפול ואבחון הפגיעה בתא. חידוש חשוב נוסף בטכנולוגיה הוא זיהוי תא המטרה ללא צורך בתיוגו: המיקרו-רובוט מזהה את סוג התא ואת מצבו (דוגמת רמת חיות) באמצעות מנגנון חישה מובנה המבוסס על התכונות החשמליות הייחודיות של התא.

 

 

פרופ' יוספון: "הפיתוח החדש שלנו מוסיף נדבך חשוב לטכנולוגיה זו, בשני היבטים עיקריים: הנעה וניווט היברידיים על ידי שני מנגנונים שונים – חשמלי ומגנטי, לצד יכולת משופרת לזהות וללכוד תא בודד ללא צורך בתיוג, לצורך בדיקה מקומית או שליפה והובלה למכשור חיצוני. מחקר זה בוצע על דגימות ביולוגיות במעבדה, אך הכוונה בעתיד היא לפתח מיקרו-רובוטים שיפעלו גם בתוך הגוף – למשל כנשאי תרופות יעילים שניתן לנווט אותם למטרה באופן מדויק."

 

החוקרים מסבירים שלמנגנון ההנעה ההיברידי של המיקרו-רובוט יש חשיבות מיוחדת בסביבות פיזיולוגיות, כמו למשל ביופסיה נוזלית. "המיקרו-רובוטים שפעלו עד היום בהתבסס על מנגנון חשמלי, לא היו יעילים בסביבות מסוימות המאופיינות במוליכות חשמלית גבוהה יחסית, כמו למשל בסביבה פיזיולוגית, בה ההנעה החשמלית  פחות אפקטיבית. כאן יכול להיכנס לפעולה המנגנון המגנטי המשלים, שהוא יעיל מאוד ללא קשר להולכה חשמלית."

 

פרופ' יוסיפון מסכם: "במחקר שלנו פיתחנו מיקרו-רובוט חדשני, בעל יכולות חשובות שמוסיפות נדבך משמעותי לתחום: הנעה וניווט היברידיים באמצעות שילוב של שדה חשמלי ומגנטי, וכן יכולת לזהות, ללכוד, ולהוביל תא בודד ממקום למקום בסביבה פיזיולוגית. ליכולות אלה יש משמעות רבה עבור מגוון רחב של יישומים וגם למחקר. בין היתר עשויה הטכנולוגיה לתמוך בתחומים הבאים: אבחון רפואי ברמת התא הבודד, החדרת תרופות או גנים לתאים, עריכה גנטית, נשיאת תרופות ליעדן בתוך הגוף, ניקוי הסביבה מחלקיקים מזהמים, פיתוח תרופות, וטכנולוגיית 'מעבדה על חלקיק' שנועדה לבצע אבחון במקומות הנגישים רק למיקרו-חלקיקים."

 

מחקר

14.03.2023
פריצת דרך מדעית: לראשונה בעולם חיסון mRNA נגד חיידקים קטלניים

חוקרים הצליחו לראשונה בעולם לפתח חיסון נגד חיידק קטלני, ופותחים פתח לחיסוני mRNA גם נגד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה

  • רפואה ומדעי החיים

לראשונה בעולם: צוות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב והמכון הביולוגי פיתחו חיסון מבוסס mRNA שיעיל ב-100% נגד חיידק שהוא קטלני לבני אדם. זאת הפעם הראשונה שבה חיסון מבוסס mRNA שהובל באמצעות ננו-חלקיקים שומניים (ליפידיים) מספק הגנה חיסונית מפני חיידק קטלני.

 

המחקר נערך במודל חיות והראה כי כלל החיות שטופלו בחיסון נשארו מוגנות ולא נפגעו מהחיידק. לטענת החוקרים, הטכנולוגיה החדשה שפיתחו מקנה תשתית לפיתוח חיסון מהיר ויעיל במקרה חירום של התפרצות מחלות הנגרמות ע"י חיידקים, ביניהם גם חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה.

 

את המחקר החדש הובילו הדוקטורנט עידו קון ופרופ' דן פאר, ראש המעבדה לננו-רפואה המכהן גם כסגן הנשיא למחקר פיתוח באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף פעולה עם חוקרים מהמכון למחקר ביולוגי (ינון לוי, אורי אליה, עמנואל ממרוד ועופר כהן). תוצאות המחקר מתפרסמות היום בכתב העת היוקרתי Science Advances.

 

"היכולת למגן כנגד חיידק קטלני על בסיס מנת חיסון אחת בלבד מהווה כלי חשוב מאוד ביכולת שלנו להתגונן בעתיד בפני מגיפות מבוססות חיידקים המתפרצות במהירות."

 

 

יעיל ב-100%

עידו קון מסביר: "חיסוני mRNA, כמו החיסונים שקיבלנו נגד נגיף הקורונה, יעילים נגד נגיפים, אך לא נגד חיידקים. מעבר ליעילות החיסונים, היתרון הגדול של החיסונים הללו הוא המהירות: מרגע פרסום הרצף הגנטי של נגיף ה-SARS-CoV2 ועד לניסוי קליני הראשון של החיסון שאושר על ידי ה-FDA חלפו 63 ימים בלבד. עד היום הסברה הייתה שביולוגית אי אפשר לפתח חיסוני mRNA נגד חיידקים. אנחנו הוכחנו שאפשר לפתח חיסון mRNA יעיל ב-100% נגד חיידק קטלני".

 

צוות החוקרים מסביר כי נגיפים (וירוסים) תלויים בתא חיצוני ("מארח") ומשתמשים בתאי הגוף שלנו כמפעל לייצור חלבונים על בסיס הרצף הגנטי שלהם על מנת להתרבות. הם מדביקים את התא במולקולת רנ"א – mRNA – שמכילה הוראות ייצור לחלבוני הנגיף. הנגיף משתמש בתא כמפעל לייצור העתקים של עצמו. בחיסון mRNA מסנתזים את המולקולה הזאת ועוטפים אותה בננו-מעטפת שומנית הדומה לקרום התאים בגוף האדם. כך, המעטפת נצמדת לתא, התא מייצר את חלבוני הנגיף והמערכת החיסונית לומדת להכירו ולהתגונן מפניו במקרה של חשיפה לנגיף הממשי.

 

קון מוסיף: "מאחר שנגיפים מייצרים את החלבונים בתוך התאים שלנו, החלבונים המתורגמים מהרצף גנטי של הנגיף או רצף mRNA שאנחנו מסנתזים במעבדה, יוצאים דומים. חיידק זה סיפור אחר. החיידק מייצר לעצמו את החלבונים, הוא לא צריך אותנו. בעקבות האבולוציה השונה של בני אדם וחיידקים, חלבונים שמיוצרים בחיידקים יכולים להיות שונים מהחלבונים שמיוצרים בתאי אדם, למרות שהם מסונתזים על בסיס אותו רצף גנטי."

 

"חוקרים ניסו לסנתז חלבונים של חיידקים בתאי אדם, אבל החשיפה אליהם לא יצרה נוגדנים בגוף, כלומר לא נוצר אפקט חיסוני. למרות שהחלבון המיוצר זהה, שכן הוראות הייצור שלו זהות, בתהליך הפרשתו הטבעית מתא האדם הוא עובר שינויים מהותיים, כמו תוספת סוכרים. אנחנו פיתחנו שיטה מיוחדת לפליטתו מהתא תוך כדי עקיפת חלק ממסלולים אלו, וראינו תגובה חיסונית משמעותית: הגוף זיהה את החלבונים כחלבונים של חיידקים. במקביל הוספנו לחלבון החיידקי מקטע של חלבון אנושי שמעניק לו יציבות, כדי שלא יתפרק בגוף מהר מדי. שתי פריצות הדרך הללו הניבו תגובה חיסונית מלאה".

 

 

מוכנות מראש למגפה חיידקית

פרופ' פאר מסכם: ככלל, קיימים חיידקים פתוגניים רבים שלא קיים עבורם חיסון. בעשורים האחרונים, עקב שימוש לא מבוקר באנטיביוטיקה החלו חיידקים רבים לפתח עמידות לאנטיביוטיקה, ולכן היעילות של תרופות אנטיביוטיות נפגעת. פיתוח חיסונים חדשים עשוי לאפשר התמודדות עם בעיה עולמית זו. כבר היום חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה מהווים סכנה ממשית. אנחנו בדקנו את חיסון ה-mRNA שפיתחנו בחיות שהודבקו בחיידק קטלני, אחרי שבוע כל החיות שלא קיבלו חיסון מתו בעוד שכל החיות שחוסנו בחיסון שפיתחנו נותרו בריאות. מעבר לזה, באחת משיטות החיסון שלנו ראינו שמנת חיסון אחת בלבד מספקת מיגון מלא בחיות המחוסנות כשבועיים בלבד לאחר מתן החיסון. היכולת למגן כנגד חיידק קטלני על בסיס מנת חיסון אחת בלבד מהווה כלי חשוב מאוד ביכולת שלנו להתגונן בעתיד בפני מגיפות מבוססות חיידקים המתפרצות במהירות. חשוב לזכור כי הסיבה לכך שהחיסון נגד הקורונה פותח במהירות כזאת היא שהחיסון נשען על שנים של מחקר בפיתוח חיסוני mRNA לנגיפים דומים. השיעורים שנלמדו שם חסכו זמן יקר. אם מחר בבוקר תתפרץ מגפה חיידקית, המחקר שלנו מתווה את הדרך לפיתוח חיסוני mRNA מהירים, בטוחים ויעילים".

 

המחקר מומן בעזרת מענקי מחקר מהאיחוד האירופי (ERC ;EXPERT) וע״י משפחת שמוניס (לפרופ׳ פאר).

קטן וחלקלק, בן 50 מיליון שנה. מחרוזן (צילום: אלכס סלבנקו)

מחקר

02.03.2023
נחשו מה? זוהתה משפחה חדשה של נחשים - המחרוזנים

המחרוזנים נפרדו מהעץ האבולוציוני של כל יתר משפחות הנחשים לפני כ-50 מיליון שנה, ומאז הם מתפתחים כמשפחה נפרדת

  • סביבה וטבע
  • רפואה ומדעי החיים

תכירו את המשפחה החדשה שזוהתה לאחרונה והצטרפה למחלקת הזוחלים - המחרזונים. מדובר בנחשים קטנים שניתן לזהותם על פי טבעות בצבעי שחור-צהוב שמעטרות את גופם. מחקר בינלאומי נרחב, בהשתתפות חוקר מאוניברסיטת תל אביב, גילה כי המשפחה הקטנה נפרדה מעץ האבולוציה של הנחשים לפני כ-50 מיליון שנה, ומסתבר שתפוצת שלושת המינים הידועים היום שמשתייכים אליה מאוד מצומצמת: שני מינים חיים במזרח אפריקה ומין נוסף בישראל ובשכנותיה.

 

מסע השורשים של המחרוזן

המחקר הבינלאומי נערך בהשתתפותו של פרופ' שי מאירי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, וממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, וכן חוקרים מפינלנד, ארה"ב, בלגיה, מדגסקר, והונג קונג. המחקר פורסם בכתב העת Molecular Phylogenetics and Evolution.

 

"הנטייה כיום היא להניח שאנחנו כבר מכירים את רוב הקבוצות הגדולות של בעלי חיים, ובכל זאת מדי פעם נכונו לנו הפתעות. כך קרה כעת עם המחרוזן. במשך שנים הוא שויך למשפחת הזעמנים - הגדולה במשפחות הנחשים, עד שלפני כעשור, בדיקות DNA, הוכח שהוא ככל הנראה אינו משתייך למשפחה זו. מאז מנסים חוקרי נחשים בכל העולם לברר לאיזו משפחה הוא שייך, אך ללא הצלחה. במחקר זה ביקשנו לתת מענה לסוגיה", מסביר פרופ' מאירי.

 

החוקרים בחנו את המורפולוגיה של המחרוזן בטכנולוגיית מיקרו CT - הדמייה מגנטית ממוחשבת ברזולוציה גבוהה, בעיקר של הגולגולת. בנוסף הם יישמו שיטה מתקדמת של סריקה גנומית עמוקה - בדיקה של כ-4,500 סמנים בגנום שמשתנים לאט מאוד, רק אחת למיליוני שנים. "בנוסף למחרוזן דגמנו את ה-DNA של מגוון קבוצות נחשים שהוא עשוי לכאורה להשתייך אליהן. בדרך זו מצאנו במחרוזן סמנים גנומיים שייחודיים לו ואינם קיימים אצל אף אחת מהקבוצות האחרות", מגלה פרופ' מאירי.

 

פרופ' שי מאירי

 

רילוקיישן משפחתי

לדברי החוקרים, משמעות הממצאים היא שהמחרוזנים נפרדו מהעץ האבולוציוני של כל יתר משפחות הנחשים לפני כ-50 מיליון שנה, ומאז הם מתפתחים בנפרד ומהווים משפחה בפני עצמה. ככל הידוע מדובר במשפחה קטנה מאוד, שכוללת רק שלושה מינים: שניים בקניה ובטנזניה שבמזרח אפריקה ואחד בחלק הצפוני והמרכזי של ישראל (וכן באזורים סמוכים בצפון ירדן, בדרום סוריה, ובדרום לבנון). תפוצה זו אף מרמזת כי המחרוזנים, שמקורם ככל הנראה באפריקה, הצפינו בשלב מסוים דרך עמק הנילוס או השבר הסורי אפריקאי.

 

"במחקר שלנו הצלחנו להגדיר משפחה חדשה של נחשים, המחרוזנים, שאף על פי שהם כשלעצמם מוכרים היטב, שויכו בטעות למשפחות אחרות במשך שנים רבות. גילוי כזה של משפחה חדשה הוא נדיר במדע של ימינו, כאשר מרבית בעלי החיים כבר מוכרים ומסווגים לסוגים ולמשפחות מוגדרות", מסכם פרופ' מאירי.

 

גופו מעוטר בטבעות בצבעי שחור-צהוב. המחרוזן (צילום: דוד דוד)

מחקר

14.02.2023
לא רק בסושי

"סופר אצות" ישמשו להפקת חומרי טבע ותרופות מן הים

  • סביבה וטבע
  • רפואה ומדעי החיים

לאחר שפיתחו טכנולוגיה חדישה המאפשרת גידול של "אצות מועשרות" באבות המזון, חלבונים, סיבים תזונתיים ומינרלים לצרכי האדם והחי, החוקרים מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז ומהמכון לחקר ימים ואגמים עושים צעד חשוב נוסף: הם הצליחו להגביר בצורה משמעותית את היכולת של אצות ים להפיק חומרי טבע בריאותיים. המחקר התמקד בהגברת הייצור של חומרים בעלי ערך רפואי לאדם, כגון: נוגדי חמצון (אנטי-אוקסידנטים), שריכוזם באצות הוכפל  פי 2 מהריכוז הרגיל; מסנני קרינה טבעיים, שריכוזם הוכפל פי 3; ופיגמנטי הגנה ייחודיים לאצות, בעלי ערך רפואי רב, שריכוזם הוגדל ביותר מפי 10. המחקר בוצע בגישה חדשנית של חקלאות ימית בת-קיימא וידידותית לסביבה, שמשלבת גידול אצות לצד גידול דגים, ולמעשה מיטיבה עם האצות ובה בעת מסייעת בטיהור מי הים ומצמצמת את הפגיעה באיזון הטבעי של בית הגידול הימי. לדברי החוקרים, ממצאי המחקר עשויים לשרת את תעשיות התרופות, הקוסמטיקה, המזון ותוספי התזונה. 

 

יצרניות של חומרי טבע ייחודיים

התגלית פותחה על ידי הדוקטורנט דורון אשכנזי מאוניברסיטת תל אביב ומהמכון לחקר ימים ואגמים לישראל, בהנחיית פרופ' אביגדור אבלסון מבית הספר לזואולוגיה, ופרופ' אלוארו ישראל מהמכון לחקר ימים ואגמים (חיא"ל), חיפה, ובשיתוף עם חוקרים מובילים נוספים מרחבי הארץ והעולם, בהם: גיא פז מהמכון לחקר ימים ואגמים לישראל (חיא"ל), חיפה; ד"ר שושנה בן-וליד, מומחית לכימיה אורגנית; ד"ר איתן סלומון מהמרכז הלאומי לחקלאות ימית באילת; וכן ד"ר פליקס לופז פיגרואה, ג'וליה וגה, נטלי קורבי ומרתה גרסיה סאנשז מאוניברסיטת מלאגה בספרד. המאמר פורסם בכתב העת המדעי Marine Drugs, ואף זכה לתמונת שער בזכות ממצאיו פורצי הדרך בתחום חומרי טבע ומרפא ממקורות ימיים.

 

"אצות ים, הידועות גם כמאקרו-אצות, הן צמחים ימיים שמהווים את הבסיס של המערכת האקולוגית הימית החופית. האצות קולטות פחמן דו-חמצני ומשחררות חמצן לסביבה, מטהרות את המים, מספקות מזון, ומהוות בית גידול ומחסה לדגים וחסרי חוליות רבים. לא רבים יודעים זאת, אך בנוסף לכל אלה, הן מייצרות מגוון רחב של חומרי טבע ייחודיים המועילים לאדם", מסביר דורון אשכנזי. "אצות שחיות באזור הגאות והשפל מתמודדות עם תנאי מחיה קיצוניים, הכוללים שינויי מליחות וטמפרטורה, תנאי יובש, שינויים בזמינות חומרי ההזנה, וכן חשיפה גבוהה לקרינת השמש ובעיקר לקרינה בתחום העל-סגול (UV). לכן, על מנת לשרוד, האצות פיתחו מערך ייחודי של מנגנוני הגנה כימיים: כימיקלים טבעיים שמסייעים להן להתמודד עם התנאים הקשים. ניתן לומר שהאצות מהוות מפעל טבעי יעיל ביותר לייצור החומרים הללו, שחלק ניכר מהם יכול להביא תועלת רבה לאדם".

 

במחקר קודם של גידול אצות הראו אותם חוקרים עלייה בריכוז של חלבונים ומינרלים כמו אבץ, ברזל, יוד, מגנזיום, וסידן. במחקר הנוכחי הם ביקשו לבדוק אם וכיצד ניתן להגביר ולמקסם באצות את ייצורם של חומרי טבע המכונים מטבוליטים שניוניים, שמביאים תועלת רבה לאדם, כגון נוגדי חמצון, פיגמנטי הגנה, ומסננים טבעיים של קרינה אולטרה סגולה.

 

העתיד נראה ירוק מתמיד

לטובת מחקר זה הוקמה מערכת חקלאות ימית ייעודית בה גודלו שלושה מינים מקומיים של אצות: חסת-הים (Ulva) , אגרית (Gracilaria) ו-היפנאה (Hypnea). במהלך גידול האצות במערכת, בוצעו שינויים מבוקרים בתנאי הגידול, כמו רמת המליחות, רמת חומרי הזנה ועוצמת החשיפה לקרינת שמש. נבדק כיצד השינויים הללו משפיעים על ריכוז חומרי הטבע באצות, במטרה לעודד את ייצורם. התוצאות אכן הראו עליות מרשימות בריכוזים: פי 2 עבור נוגדי חמצון (אנטי-אוקסידנטים), פי 3 עבור מסנני קרינה טבעיים, ויותר מפי 10 עבור פיגמנטי הגנה ייחודיים לאצות, בעלי ערך רפואי רב. דורון אשכנזי משתף: "פיתחנו תנאים אופטימליים והמצאנו שיטה חדשה ונקיה להגברה של חומרי הטבע הבריאים באצה לרמה גבוהה ביותר שלא נראתה לפני כן. למעשה, הפקנו סופר-אצות שמסוגלות לשמש את האדם".

 

מערכת חקלאות ימית ייעודית שבה גידלו החוקרים שלושה מינים מקומיים של אצות

החוקרים מעריכים כי בעתיד ניתן יהיה להפיק באופן דומה גם חומרי טבע נוספים בעלי תכונות רפואיות חשובות, כמו חומרים נוגדי סרטן, נוגדי סוכרת, נוגדי דלקות, אנטי-ויראליים, אנטיביוטיים, ועוד. לדבריהם, השיטה היא בעלת פוטנציאל יישומי לתעשיית האצות והחקלאות הימית, ויכולה לסייע בקידום מדינת ישראל כמעצמה מובילה בביוטכנולוגיה של אצות. עוד הם מדגישים כי חקלאות ימית של אצות היא ידידותית לסביבה, שומרת על הטבע ועל האיזון האקולוגי, ואף מצמצמת סיכונים סביבתיים על ידי הפחתת חומרים מזהמים בחופים, הפחתת הפליטה של גזים והורדת טביעת הפחמן. בדרך זו תורמת חקלאות אצות ים להתמודדות עם האתגרים הסביבתיים הגלובליים כמו זיהום, הרס בתי גידול, משבר האקלים, וההתחממות העולמית.

 

"בעתיד תתמקד האנושות ביצירת פתרונות סביבתיים מבוססי-מדע, כמו זה שאנו מציעים במחקר הנוכחי: טכנולוגיות שדוגלות במחזור ובשימוש חכם במשאבי הטבע מבלי לנצל אותם ניצול יתר. המחקר מראה באופן פרקטי כיצד אנו יכולים להנות משירותי הטבע מבלי לפגוע בו, וכפי שמציעות האצות: כיצד ללמוד מהטבע על מנת לשמור עליו, וכך לחיות ולשגשג לצידו", מסכם אשכנזי.

 

פרופ' אביגדור אבלסון ודורון אשכנזי

מחקר

08.02.2023
רואה לך בעיניים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מיפו בגנום גורמי סיכון למחלת העיניים המורכבת AMD

  • מוח
  • חברה

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב זיהו גורם חדש לסיכון גנטי למחלת העיניים המורכבת AMD, שמהווה גורם מוביל לאובדן ראייה בגיל מבוגר. במסגרת המחקר, הצליחו החוקרים לאשונה לזהות חלבונים שתפקידם חיוני להתפתחות ולפעילות הרקמה שנפגעת במחלה, לאתר במדויק את מיקומם באזורים גנומיים שמחוץ לגנים ולזהות את הקשר בין השינויים באזורים אלה לבין הסיכון לחלות ב-AMD. לדברי צוות המחקר, התגלית מעמיקה את ההבנה בנוגע לתפקידם של אזורים בגנום שמחוץ לגנים, שעד כה היו בגדר תעלומה. השיטה החדשה עשויה לאפשר פיענוח של מנגנונים גנטיים נוספים המעורבים במגוון מחלות גנטיות מורכבות.

 

פענוח שילוב גורמים גנטיים וסביבתיים

המחקר נערך בהובלת פרופ' רות אשרי-פדן ופרופ' רני אלקון מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של האדם וביוכימיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר ובית ספר סגול למדעי המוח וצוות החוקרים במעבדות בהובלת מזל כהן גולקר, נעמה מסיקה, אהובית דוד ומאי אשל. המאמר פורסם בכתב העת PLOS Biology.

 

"אחד האתגרים הגדולים בחקר הגנטיקה כיום הוא פיענוח מנגנונים גנטיים שגורמים למחלות מורכבות, כלומר כאלה שאינן נגרמות על ידי פגם בגן ספציפי ומזוהה, אלא על ידי שילוב של מספר גורמים גנטיים וסביבתיים", מסבירה פרופ' אשרי-פדן ומרחיבה "מדובר במגוון רחב מאוד של מחלות, בהן סוכרת, מחלות מעי ומחלות נפש לסוגיהן. במחקר שלנו התמקדנו במחלת העיניים AMD (Age-related Macular Degeneration), או בשמה העברי 'ניוון מקולרי גילי', שבה מתנוון אזור מרכז הרשתית. המחלה פורצת על פי רוב בגיל המבוגר ומהווה גורם מוביל לאובדן ראייה בעולם המפותח".

 

"ל-AMD יש מרכיב גנטי משמעותי. מחקרים שהשוו בין הגנום של אנשים חולים ובריאים זיהו הבדלים במספר אזורים בגנום, שקשורים ככל הנראה לגורמי סיכון למחלה. עם זאת, ההבדלים בגנום לא אותרו בתוך גן ספציפי כלשהו, אלא באזורים הנרחבים שבין הגנים, שתפקידם ואופן תפקודם אינם מוכרים למדע עד היום. מצב דומה התגלה במגוון רחב של מחלות גנטיות מורכבות נוספות. למעשה, המצב כיום הוא שמחקרים השוואתיים יודעים לזהות אזורים שלמים בגנום שככל הנראה קשורים למחלה, אך קשה מאוד לשים את האצבע על מאפיין מסוים באותם אזורים, ולהגדירו כגורם סיכון. במחקר שלנו ביקשנו לתת מענה לסוגיה זו", מוסיף פרופ' אלקון.

 

לא מצליחים להיקשר

המחקר התמקד בתאים של רקמה בעין המכונה אפיתל פיגמנטרי, שהיא רקמת תמך התומכת בקולטני האור ברשתית (פוטורצפטורים), וחיונית להתפתחותם ולהישרדותם לכל אורך החיים. לדברי החוקרים, רקמה זו נפגעת כבר בשלבים הראשונים של מחלת ה-AMD.

 

"ראשית, ביקשנו להבין את המנגנון הגנטי שמפעיל ומבקר את הפעילות הייחודית של תאי האפיתל הפיגמנטרי. באמצעות סדרת ניסויים שכללה ביטול חלבונים שונים במודל של עכברים ובתאים אנושיים, הצלחנו לזהות שני חלבונים מרכזיים הקרויים LHX2  ו-OTX2, שמכתיבים יחדיו את ביטוים של גנים רבים שהם ייחודיים לרקמה זו. מדובר בחלבונים מסוג 'חלבוני שיעתוק', שתפקידם להיקשר לאתרים מסוימים ב-DNA שבתא, ובדרך זו לקבוע אילו גנים יתבטאו באותו תא", מסבירה פרופ' אשרי-פדן.

 

האתגר הבא היה למפות היכן בדיוק בגנום ממוקמים שני החלבנים. לשם כך נעזרו החוקרים בטכנולוגיה החדשנית בשם ChIP-seq, שהיא שיטת ריצוף המאפשרת זיהוי של אתרי קישור בהם נקשרים חלבונים ל-DNA. פרופ' אלקון: "מצאנו ששני החלבונים נקשרים לאתרים סמוכים זה לזה בגנום. יותר מכך, התברר שמדובר באתרים בגנום שזוהו בעבר כקשורים לגורמי סיכון ל-AMD (כלומר רצפים שנמצאו בהם הבדלים בין אנשים בריאים לחולים). אנחנו משערים שבעקבות השינויים ברצפי ה-DNA באותם אזורים מתקשים חלבוני השיעתוק לזהות את אתרי הקישור על פני הגנום ולהיקשר אליהם. כתוצאה משיבוש זה יורד ביטויו של הגן הסמוך המבוקר על ידי חלבוני השיעתוק (ידוע כי הגן מקודד תעלת יונים בעלת חשיבות לתפקוד העין). הירידה בפעילות הגן פוגעת ברקמה כולה, וכך עולה הסיכון להתפתחות המחלה."

 

"במחקר שלנו זיהינו שני חלבונים הקשורים לגורמי סיכון למחלת העיניים הגנטית המורכבת AMD. כמו כן הצלחנו למפות לראשונה את מיקומם של החלבונים האלה בגנום, ומצאנו כי הם פועלים באזור שזוהה בעבר כקשור לסיכון ללקות במחלה. הממצאים שלנו מעמיקים את הבנתנו בנוגע לתפקידם ולאופן תפקודם של רצפים גנומיים שנמצאים מחוץ לגנים, שהיו עד היום בגדר תעלומה, וכיצד הם מעורבים במחלות גנטיות מורכבות. אנחנו מאמינים ששיטת המחקר החדשנית שהניבה את ההצלחה תאפשר בעתיד זיהוי ומיפוי של מנגנונים גנטיים רבים נוספים הקשורים למחלת ה-AMD ולמחלות גנטיות מורכבות אחרות", מסכמת פרופ' אשרי-פדן.

 

פרופ' רות אשרי-פדן

מחקר

30.01.2023
מוח ימני או שמאלני?

אפשר לקבוע שייכות פוליטית לפי ההבדלים בפעילות המוחית בעת צפייה בסרטוני בחירות

  • מוח
  • חברה

מחקר ראשון מסוגו סרק את המוח של עשרות נבדקים מעורבים פוליטית, בעת שצפו בתשדירים ובנאומים של מפלגות משני קצוות הקשת הפוליטית, ממש לפני אחד מסבבי הבחירות האחרונים. הנבדקים, מחציתם מזוהים עם הימין והיתר עם השמאל, הוכנסו למכונת דימות (fMRI), שמדדה את הפעילות באזורים השונים של המוח. התוצאות המפתיעות מגלות: די היה להתבונן בפעילות המוחית כדי לנבא את הדעות הפוליטיות של הנבדקים, היות וההבדלים בין נבדקים ימנים ושמאלנים מתחילים כבר באיזורים ראשונים, שהם אזורי הראיה והשמיעה.

 

GREAT MINDS THINK ALIKE

המחקר נערך בהובלת תלמידת המחקר נועה קעטבי מהמעבדה של ד"ר יערה ישורון מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח. המחקר פורסם בכתב העת Journal of Neuroscience.

 

במהלך המחקר, החוקרות הקרינו לנבדקים סדרת סרטונים. הראשון שימש לצרכי ביקורת והיה נייטרלי וללא סממנים פוליטיים, והאחרים כללו תשדירים ונאומים של פוליטיקאים בכירים משני הגושים, ימין ושמאל. להפתעתן של החוקרות, המחקר הראה שהמוחות של הנבדקים הסתכרנו עם הסרטונים בהתאם לשייכות הפוליטית, כך שכאשר מצביעי הימין צפו בסרטונים של מנהיגים מהגוש שלהם נרשמה באיזורים מסוימים במוחות שלהם פעילות ערה וזהה, וכך גם לגבי מצבעי השמאל. הנבדקים הימנים היו מסונכרנים בפעילות המוחית שלהם, כלומר האזורים שהיו פעילים במוח עבדו בצורה דומה, כאשר צפו בסרטונים של הימין, ואילו אל של המוחות של השמאלנים היו מסונכרנים כשצפו בסרטונים של השמאל, לרבות באזורים הסנסוריים, המוטוריים והסומטו-סנסוריים - איזורים תחושתיים ראשוניים שאחראים על קבלת מידע מהסביבה באמצעות ראייה, שמיעה, תנועה וחישה.

 

כמו כן, החוקרות זיהו שבמיגוד לממצאי מחקרים קודמים שעסקו בהבדלים בפעילות המוחית של אנשים שהיו בעלי דעות שונות לגבי הגירויים שהוצגו להם - במחקר הנוכחי הסנכרון המוחי אינו מוגבל לאזורים "גבוהים" במוח, שעוסקים בפרשנות ובחשיבה מופשטת, אלא שהגירוי סנכרן את הנבדקים כבר באזורים במוח שאחראים על קליטת הגירוי עצמו: הראייה, השמיעה ואפילו המישוש.

 

"אני חושבת שאם ננסה להבין מהי המציאות שאותה חווים א.נשים שמחזיקים בדעה הפוליטית שהפוכה לדעתנו, אילו גירויים מגיעים אליהם עוד לפני שניכנס לדיונים התיאורטיים והערכיים – אולי נצליח לנהל דיון ציבורי קצת יותר אפקטיבי"

 

ד"ר יערה ישורון

 

ימנים ושמאלנים בישראל רואים וחווים את המציאות אחרת

"המחקר הראה בבירור שככל שהנבדקים היו מזוהים פוליטית עם גוש מסוים, כך הסנכרון המוחי הלך והתהדק, גם באזורים מוטוריים וסומטו-סנסוריים, כלומר האזורים במוח שפעילים כשאנו נעים או חשים דברים בעזרת החושים שלנו. למעשה, רק לפי התגובה המוחית באיזורים חושיים ראשוניים יכולנו להגיד אם מי שצופה בסרטון מסוים הוא בעמדה פוליטית כזו או אחרת. מה שמעניין כאן הוא שלא היה צריך לבחון את הפעילות באיזורים מוחיים "גבוהים"– איזורים שמעורבים בהבנה של למה דמות מסויימת עשה משהו, או מה אותה דמות חושבת ומרגישה – כדי לנבא את הדעה הפוליטית של הנבדקים", מסבירה ד"ר ישורון.

 

לדעת החוקרות, מדובר בממצא מפתיע שנובע מהעובדה שהנבדקים שנבחרו היו מעורבים פוליטית, ובעקבות תזמון הניסוי, שהתקיים שבועות ספורים לפני הבחירות, כאשר האווירה הפוליטית בארץ הייתה מאוד נוכחת ואמוציונאלית.

 

"זו הפעם הראשונה שבה נמדדה פעילות מוחית שונה באזורי ראייה ושמיעה ובאזורים המוטוריים לפי חלוקה פוליטית. אפשר לומר שברמה המוחית הבסיסית ביותר, ימנים ושמאלנים בישראל רואים וחווים את המציאות אחרת. אני חושבת שאם ננסה להבין מהי המציאות שאותה חווים א.נשים שמחזיקים בדעה הפוליטית שהפוכה לדעתנו, אילו גירויים מגיעים אליהם עוד לפני שניכנס לדיונים התיאורטיים והערכיים - אולי נצליח לנהל דיון ציבורי קצת יותר אפקטיבי", מסכמת ד"ר ישורון.

 

ימין או שמאל? "אם ננסה להבין מהי המציאות שאותה חווים א.נשים שמחזיקים בדעה הפוליטית שהפוכה לדעתנו, אילו גירויים מגיעים אליהם עוד לפני שניכנס לדיונים התיאורטיים והערכיים - אולי נצליח לנהל דיון ציבורי קצת יותר אפקטיבי"

מחקר

19.01.2023
חוקרים הצליחו להוכיח באמצעות מערכת הדמיה אולטרה-מהירה: ככל שחלקיקים פולריטונים

התגלית עשויה לשמש ככלי פורץ דרך בעולמות הפקת האנרגיה סולארית, עיבוד מידע וכדומה

  • מדעים מדויקים

פוטונים הם חלקיקי אור הנעים בצורה חופשית ובמהירות עצומה של 300,000 ק"מ לשנייה. לפי תורת הקוונטים ניתן "לערבב" חומר עם פוטונים על ידי שימוש במבנים מלאכותיים וליצור יצור כלאיים הנקרא "פולריטון". לפני כעשור התגלה שניתן להשתמש בפולריטונים על מנת לשלוט בתכונות של חומרים ובתהליכים כימיים.

 

מחקר חדש באוניברסיטת תל אביב יצר מערכת הדמיה אולטרה-מהירה באמצעותה הצליחו לחזות בהתנהגות של חלקיקים הנקראים "פולריטונים" – חלקיקים אשר נוצרים מ"ערבוב" של אור וחומר. לראשונה הצליחו להסריט את החומרים הללו ולהבין את התנהגותם המיוחדת: ככל שהם מכילים יותר "אור" כך הם מהירים ויעילים יותר.

 

המחקר נערך בהובלת ד"ר טל שוורץ, ראש המעבדה לחקר ננואופטיקה מולקולרית, וד"ר באלה מוקונדהקומר במחלקה לכימיה פיזיקלית בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, ופורסם בעיתון היוקרתי “Nature Materials”. במחקר השתתפו הסטודנטים אריה סימחוביץ' וגל סנדיק, ד"ר עדינה גולומבק וד"ר גיא אנקונינה.

 

החוקרים פיתחו מערכת אופטית ייחודית על מנת לחקור האם ניתן לנצל את הערבוב עם האור להגברת תהליכי הולכה אלקטרונית בחומרים, וגילו תכונה מעניינת: ככל שיש אחוז גבוה יותר של אור בפולריטון, כך תנועתו במרחב הופכת להיות יעילה ומסודרת יותר, אך מכיוון שעדיין יש לו אופי "חומרי", ניתן להשתמש בו לצורך תהליכים אלקטרונים בהתקנים שונים.

 

הסרטת התמונה כמו בווידאו

ד"ר שוורץ מסביר: "במערכת שבנינו, ישנו משטח לוכד פוטונים ועליו שכבת מולקולות. כאשר יורים קרן לייזר למשטח ניתן ליצור את אותם פולריטונים בנקודה ספציפית וכן לצפות בתנועתם על המשטח. עד כה, חוקרים צילמו בצורה סטטית את המתרחש, כך שהם יכלו לומר שיש תנועה במשטח אך לא היה בידם מידע נוסף לגבי אופן התנועה או מהירותה. במחקרנו, פיתחנו מערכת אופטית מיוחדת שאיפשרה לנו לצפות בתנועה באופן דינמי וליצור מעין סרט וידאו בקצב מהיר ביותר. לצורך ההשוואה, במצלמת וידאו רגילה רואים 30 תמונות בשנייה, ואצלנו יותר ממיליון בריבוע תמונות בשנייה. באמצעות כך הצלחנו למדוד בצורה ישירה את מהירות ההתקדמות של הפולריטונים, וכן לזהות לראשונה מעבר בין שני סוגי תנועה שונים: כאשר פולריטון מכיל מעט אור, טווח התנועה שלו אכן מוגבר בכמה סדרי גודל ביחס למצב הטבעי בחומר, אך הוא נע באופן המכונה 'תנועה דיפוסיבית', כלומר תנועה המלווה בפיזורים אקראיים המובילים לשינויים תכופים בכיוון ההתקדמות ולכן יעילות התנועה מוגבלת.

 

"מצד שני, כאשר הפולריטון מכיל כמות גבוהה של אור, הוא מצליח "להתגבר" על אותם פיזורים, כך שמופיעה תנועה המכונה 'תנועה בליסטית' - תנועה מסודרת במהירות קבועה, אשר מגיעה ל2/3 ממהירות האור. האופי המשולב של הפולריטונים מאפשר מצד אחד מהירות גבוהה ומעבר של מרחקים ארוכים פי מיליון מסקלת המרחק המולקולרית, תוך כדי איבודי אנרגיה פחותים, ומצד שני אינטראקציות אלקטרוניות המאפשרות שליטה והמרה של האור לאנרגיה האגורה בחומר".

 

לנצל באופן מיטבי את אנרגיית השמש

"אנו מצפים להשפעה בתחומים שונים, למשל בתחום התאים הסולריים. שם, אנרגית השמש נבלעת באזור אחד בהתקן ולאחר מכן צריכה לעבור לאזור אחר שבו היא מומרת לאנרגיה חשמלית. בדרך כלל תהליך זה הוא איטי ומוגבל בטווח על פניו הוא מתרחש, דבר אשר פוגם ביעילות התא הסולרי. באמצעות פולריטונים ניתן יהיה להעביר את האנרגיה ביעילות רבה יותר ולנצל באופן מיטבי את אנרגיית השמש. דוגמה נוספת היא התקנים אלקטרואופטיים אשר משמשים לתקשורת אופטית ועיבוד מידע. שימוש בפולריטונים יכול להאיץ את קצבי העבודה ולהוריד באופן משמעותי את התנגדות החומרים המשמשים בהתקנים אלו, כך שנצטרך להשקיע פחות אנרגיה בהפעלתם".

 

מחקר

12.01.2023
רובוט, אתה מריח את זה?

לראשונה בעולם המדע רובוט הצליח "להריח" באמצעות חיישן ביולוגי

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

אחרי שפיתחו את הרובוט הראשון ששומע באמצעות אוזן ביולוגית, החוקרות והחוקרים של אוניברסיטת תל אביב העניקו לרובוט חוש נוסף: חוש הריח. פריצת הדרך המדעית מאפשרת לרובוט להריח באמצעות חיישן ביולוגי, לזהות האם נמצא בסביבתו ריח ולשלוח בתגובה אותות חשמליים שאותם הוא יודע לקרוא. החוקרים חיברו בהצלחה חיישן ביולוגי למערכת אלקטרונית ובעזרתה, תוך שילוב של אלגוריתם למידת מכונה, הצליחו להפריד ריחות ברגישות הגבוהה פי 10,000 ממכשירים אלקטרוניים קיימים. התקווה היא שבעתיד יוכל רובוט שמצויד בחושים אלו לשמור על חיי אדם ולזהות סכנות רבות, החל מחומרי נפץ וסמים, דרך זיהוי מחלות וכלה באסונות טבע. "השמיים הם הגבול", אומרים החוקרים.

 

הרובוט הראשון בעל האף הביולוגי. רק באוניברסיטת תל אביב.

 

"אנו עוברים במגנומטר שעולה מיליוני דולרים ויודע להגיד אם אנו נושאים עלינו מתכות. אבל כשרוצים לבדוק אם נוסע מבריח סמים - מביאים כלב שירחרח אותו"

 

לשלוח את הטכנולוגיה ללמוד מהאבולוציה

פריצת הדרך הביולוגית והטכנולוגית נעשתה בהובלת הדוקטורנטית נטע שביל מבית הספר סגול למדעי המוח, ד"ר בן מעוז מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ובית הספר סגול למדעי המוח, פרופ' יוסי יובל ופרופ' אמיר אילי מבית הספר לזואולוגיה ובית הספר סגול למדעי המוח. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי Biosensor and Bioelectronics.

 

ד"ר מעוז ופרופ' אילי מסבירים: "ישנן טכנולוגיות שלא יכולות להתחרות במיליוני שנות אבולוציה. תחום אחד שבו אנו מפגרים במיוחד אחרי עולם החי הוא תחום חישת ריחות. דוגמה לכך אפשר למצוא בנמלי התעופה. כשאנו טסים לחו"ל, אנו עוברים במגנומטר שעולה מיליוני דולרים ויודע להגיד אם אנו נושאים עלינו מתכות. אבל כשרוצים לבדוק אם נוסע מבריח סמים - מביאים כלב שירחרח אותו. בתוך עולם החי, חרקים מצטיינים בקליטת ובעיבוד אותות חושיים . יתוש, למשל, יודע לזהות הפרש של 0.01% ברמת הפחמן הדו-חמצני באוויר. כיום אנחנו רחוקים מלייצר חיישנים שיתקרבו ביכולות שלהם לחושים של חרקים".

 

החוקרים מציינים שככלל, איברי החישה שלנו ושל כל שאר בעלי החיים, כמו העין, האוזן והאף, משתמשים בקולטנים שמזהים ומפרידים בין אותות שונים. בשלב השני, איבר החישה מתרגם את הממצאים לאותות חשמליים שהמוח מפענח כמידע. האתגר בביו-סנסורים הוא בחיבור איבר חישה כמו האף למערכת אלקטרונית שתדע לפענח את האותות החשמליים שמתקבלים מהקולטנים.

 

 

הדוקטורנטית נטע שביל וד"ר בן מעוז

 

רגיש לריח פי 10,000

"חיברנו את החיישן הביולוגי ואפשרנו לו להריח ריחות שונים תוך כדי שאנחנו מודדים את הפעילות החשמלית שמעורר כל ריח וריח", מסביר פרופ׳ יובל. "המערכת אפשרה לנו לקבל זיהוי של כל ריח כבר ברמת איבר החישה הראשוני של החרק. בשלב השני השתמשנו בלמידת מכונה כדי ליצור 'ספרייה' של ריחות. במחקר הצלחנו לאפיין 8 ריחות, כגון גרניום, לימון ומרציפן, באופן שיכולנו לדעת מתי מוצג ריח לימון ומתי מרציפן. למעשה, אחרי שהניסוי נגמר המשכנו וזיהינו ריחות נוספים, שונים ומשונים, כמו למשל מיני ויסקי סקוטי שונים. השוואה למכשירי מדידה סטנדרטים הראתה שהרגישות של החיישן הביולוגי במערכת שלנו גבוהה פי כ-10,000 ממכשירים שנמצאים היום בשימוש".

 

"הטבע מתקדם מאיתנו בהרבה, לכן כדאי להשתמש בו. ניתן להשתמש בעיקרון שהצגנו וליישם אותו על חושים אחרים כמו ריח, ראייה ומישוש. לדוגמה, לבעלי חיים מסוימים יש יכולות מדהימות לזיהוי של חומרי נפץ וסמים, וייצור של רובוט עם מחוש ביולוגי יוכל לעזור לנו לשמור על חיי אדם ולזהות עבריינים באופן שלא ניתן כיום. יש בעלי חיים שיודעים לזהות מחלות ואחרים שיודעים לחוש רעידות אדמה. השמיים הם הגבול", מסכם ד"ר מעוז.

 

בעתיד, החוקרים מתכננים לשלב ברובוט גם יכולות ניווט שיאפשרו לו לאתר את המקור של הריח ולאחר מכן גם את סוגו.

 

האם בקרוב יוכל לצאת לפנסיה? כלב עבודה מחפש חומרים מסוכנים בשדה התעופה

מחקר

12.01.2023
למה "תיקיית הזבל" ב-DNA שלנו לא נמחקת גם אחרי מיליוני שנות אבולוציה?

מודל חדש מציע הסבר למגוון העצום בגדלים של דנא בטבע

  • רפואה ומדעי החיים

מודל חדש שפותח באוניברסיטת תל אביב, מציע פתרון אפשרי לשאלה המדעית מדוע רצפים ניטרליים, המכונים לעתים "דנ"א זבל", אינם מסולקים מהגנום של יצורים חיים בטבע וממשיכים להתקיים בתוכו גם מיליוני שנים לאחר מכן. לטענת החוקרים, ההסבר לכך הוא שהדנ"א זבל משיק פעמים רבות לדנ"א בעל תפקיד. באזורי ההשקה, אירועי מחיקה פוגעים באזורים בעלי התפקיד ולכן האבולוציה דוחה אותם. המודל תורם להבנה של המגוון העצום בגדלי הגנום הנצפים בטבע.

 

לא עושים DELETE

התופעה שהמודל החדש מתאר מכונה על ידי צוות החוקרים 'ברירה המושרית מגבולות'. המודל פותח בהובלת הדוקטורנט גיל לוונטל במעבדתו של פרופ' טל פופקו מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ובשיתוף פעולה עם פרופ' איתי מירוז, גם הוא מהפקולטה למדעי החיים. המחקר פורסם בכתב העת "Open Biology".

 

החוקרים מסבירים כי לאורך האבולוציה, גודל הגנום ביצורים חיים בטבע משתנה. לדוגמה, למיני סלמנדרות מסוימות יש גנום הגדול פי עשרה מגנום האדם. "קצב המחיקות וההכנסות הקצרות, המכונות בקיצור 'אינדלים', נמדד בדרך כלל על ידי בחינה של פסאודו-גנים. אלו גנים שאיבדו את התפקיד שלהם, ובהם יש מוטציות תדירות, לרבות מחיקות והכנסות של מקטעי דנ"א. במחקרים קודמים שאפיינו את האינדלים, נמצא שקצב המחיקות גדול מקצב ההכנסות במגוון יצורים בהם חיידקים, חרקים, ואף יונקים דוגמת בני אדם. השאלה שניסינו לענות עליה היא כיצד הגנומים לא נמחקים כשההסתברות לאירועי מחיקת דנ"א גדולה באופן משמעותי מאירועי הוספת דנ"א", מסביר פרופ' פופקו.

 

כיצד הגנומים לא נמחקים כשההסתברות לאירועי מחיקת דנ"א גדולה באופן משמעותי מאירועי הוספת דנ"א?

 

"הדנ"א זבל" מתחבא באזורים פונקציונליים שבהם קיים חשש שמחיקתו תפגע בדנ"א המקורי "

 

הדוקטורנט לוונטל מספר: "אנחנו סיפקנו זווית אחרת לדינמיקת האבולוציה ברמת הדנ"א. כאמור, כאשר מודדים את קצב האינדלים יהיו יותר מחיקות, אך המדידות מתבצעות בפסאודו גנים, שהם רצפים ארוכים למדי. לטענתנו, כאשר נסתכל על מקטע ניטרלי קטן יותר, מחיקות בסבירות גבוהה עלולות למחוק גם מקטעים פונקציונליים סמוכים אשר חיוניים לתפקוד היצור החי, ולכן הן יידחו. אנחנו מכנים תופעה זו כ'ברירה המושרית מגבולות'".

 

"אם כן, כאשר המקטע קצר, תתקיים הטיה הפוכה, כך שיהיו יותר הכנסות ממחיקות, ולכן בדרך כלל המקטע הניטרלי לא יימחק. במחקרנו עשינו סימולציה לדינמיקה של אינדלים, תוך כדי שלקחנו בחשבון את ההשפעה של גבולות של 'הברירה המושרית מגבולות', והשווינו את התוצאות להתפלגות אורכי מקטעי דנ"א באמצע גן המקודד לחלבון, אשר אינם מקודדים בעצמם לחלבון בבני אדם (אינטרונים). התקבלה התאמה טובה בין תוצאות הסימולציות להתפלגות האורכים שנצפית בטבע, וכך הצלחנו להסביר תופעות מעניינות בהתפלגות אורכי האינטרונים, כמו השונות הגדולה באורכי האינטרונים, וכן את צורת ההתפלגות המורכבת שאינה נראית כמו עקומת פעמון סטנדרטית", מסכם לוונטל.

ליצן רפואי ולקוחה מרוצה (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)

מחקר

10.01.2023
לוקחים את הצחוק ברצינות

לליצנים הרפואיים יש תרומה משמעותית להשגת מטרות טיפוליות רפואיות

  • רפואה ומדעי החיים

הם מסתובבים עם אפים אדומים, בגדים צבעוניים וחיוך תמידי במחלקות הכי קשות בבתי החולים ומפזרים סביבם צחוק ואופטימיות. אלו הם הליצנים הרפואיים, נשות ואנשי מקצוע מאומנים, שמטרתם לשנות את סביבת בית החולים באמצעות הומור. מחקר ראשון מסוגו של אוניברסיטת תל אביב בדק את סוד הקסם של הליצנים הרפואיים, וזיהה שהם משתמשים במסגרת תפקידם בלא פחות מ-40 מיומנויות שונות, כדי לסייע למטופלים, להורים ולצוות הטיפולי להשגת המטרות הטיפוליות, בהן התחברות אל הרגש ויצירת קשר אישי עם המטופל, השמעת קולו של המטופל על תסכוליו וקשייו בפני הצוות הרפואי, הגברת המוטיבציה לדבקות בטיפול הרפואי, הסחת דעת מכאב ויצירת אווירת תחרות ומשחק.

 

לדברי החוקרים, אחד מהממצאים המרכזיים שעלו במחקר הוא שלמעשה הליצנים, באמצעות מיומנויות התקשורת השונות, מאפשרים למטופל לנוע לעבר המשימה הטיפולית. הם עובדים בשיתוף פעולה עם מטפלים אחרים, ויודעים להתערב ולסייע כשנוצר ויכוח או משבר ולסייע להתגבר עליו ולקדם את הטיפול. 

 

עובדים בשיתוף פעולה עם מטפלים אחרים כדי לקדם את הטיפול (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)

 

הרבה יותר מסתם מופע בידור

המחקר נערך בהובלתה של פרופ' אורית קרניאלי-מילר עם ד"ר ליאור רוזנטל, מהחוג לחינוך רפואי בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, ובשיתוף אורנה דיבון-אופיר, ד"ר דורון שגיא, פרופ' אמתי זיו וליאת פסח-גלבאום, מהמרכז הארצי לסימולציה רפואית. המחקר פורסם בQualitative Health Research , כתב עת מוביל בתחום הבריאות.

 

צוות החוקרים מסביר כי כבר לפני שנים רבות נערכו מחקרים שהתמקדו בהשפעתם החיובית של הליצניות והליצנים הרפואיים והחלו לזהות את כישוריהם השונים במצבים ספציפיים, אולם עד כה לא נעשו מחקרים שדייקו ומיפו את המיומנויות שבהן הם משתמשים, ואת המטרות הטיפוליות שלהם. בנוסף, הייתה חסרה הבנה רחבה כיצד ליצנים יכולים לסייע לילדים, למתבגרים ולהוריהם במצבים מאתגרים של מצוקה וקושי עקב ההתמודדות עם ההליכים והטיפולים הכואבים, שמובילים לעיתים לחוסר רצון לשתף פעולה עם ההמלצות הטיפוליות של הצוותים הרפואיים.

 

במסגרת המחקר החדש, צוות החוקרים התמקד בזיהוי שיטתי, איכותני ומעמיק של כישוריהם של הליצנים הרפואיים, באמצעות התבוננות וניתוח של פעולותיהם במפגשים מאתגרים עם מתבגרים, הורים, וצוות רפואי. הצוות ניתח עשרות סימולציות מוקלטות בווידאו של ליצנים רפואיים במצבים שונים וכן ערך ראיונות עומק עם ליצנים רפואיים ותיקים.

 

הליצנים שנבדקו במחקר הוכשרו וגויסו על ידי עמותת "רופאי חלום", שהיא עמותה ללא כוונת רווח המפעילה ליצנים רפואיים טיפוליים כחלק מהמערך הפרא-רפואי בבתי החולים בישראל, ומכשירה אותם לעבוד בתוך הצוותים הרב-מקצועיים. המחקר נערך בשיתוף המרכז הישראלי לסימולציה רפואית (MSR), שיצר סדנה מבוססת סימולציה המתמקדת בפיתוח כישוריהם של ליצנים רפואיים מנוסים ביחד עם חוקרות מהחוג לחינוך רפואי. 

 

הליצנים הרפואיים תורמים להשגת מטרות טיפוליות רפואיות (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)

 

להתמקם בעמדה הנחותה ביותר כדי להעצים את המטופל.ת

מניתוח הממצאים החוקרים זיהו 40 מיומנויות שונות של הליצנים הרפואיים להשגת ארבע מטרות טיפוליות:

  1. בניית קשר וחיבור מידי לצרכי ולרצונות המטופלים
  2. התמודדות עם רגשות וקשיים
  3. הגברת המוטיבציה לדבקות בתוכנית הטיפולית והעלאת תחושת השליטה
  4. דאגה ועידוד מטופלים

 

"למעשה, מכניסתם לחדר הליצנים בוחרים לחבור למטופל, לחזק אותו ולתת לו כוח ומעמד בתוך המערכת הרפואית", מסבירה פרופ' קרניאלי. "הם עושים זאת באמצעות התחברות ראשונית לקולו של המטופל ואפילו לחוסר רצונו ליישם את ההמלצה הטיפולית. זהו חיבור רגשי שבהמשך מוביל את המטופל לשנות את עמדתו ולשתף פעולה עם הצוות הרפואי".

 

נותנים לחולים כוח  ומעמד בתוך המערכת הרפואית (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)

 

לדבריה של פרופ' קרניאלי, המערכת הרפואית היררכית ולמטופלות ולמטופלים לא קל לתפקד בתוכה. לכן, אחת המיומנויות של ליצנים רפואיים היא להתמקם בעמדה הנחותה ביותר במסגרת הרפואית. כך הם מעצימים את המטופלים, מאפשרים להם כוח ושליטה, כולל הבחירה אם לאפשר לליצן להיכנס לחדר ואפילו להכתיב את אופי תפקידו מולם. כל אלו מאפשרים את הגברת תחושת השליטה ומעודד את המטופל בהתמודדותו המאתגרת.

 

בהקשר זה, מדגישים החוקרים כי הליצניות והליצנים ערים לקושי הרגשי הנלווה לשהות בבית החולים ולהתמודדות עם מחלה. כדי להתמודד עמו הם לעיתים מספקים הסחת הדעת מהקושי על ידי שימוש באביזרים, הומור ודמיון. הם מאפשרים הוצאת תסכולים כלפיהם, כאלו שקשה להפנות לצוות הרפואי או להורים. במצבים אחרים הם משתמשים במגע מנחם, בנגינה מרגיעה, בהקשבה אמפתית או באמירה מחזקת. היכולת לבטא רגשות ולקבל לגיטימציה חשובה ומועצמת על ידי הליצנים.

 

פרופ' אורית קרניאלי

 

לאמץ את המיומנויות גם בתחומי טיפול אחרים

"מיפוי הכישורים והמטרות של הליצנים הרפואיים בתפקידם, משפר את ההבנה של תפקידם ופעולותיהם ועשוי לסייע לאנשי מקצוע אחרים בתחום הבריאות להכיר בשיטות העבודה שלהם וביתרונות בשילובם בטיפול. יתר על כן, אנשי מקצוע אחרים בתחום הבריאות עשויים ליישם בעצמם חלק מהמיומנויות שזוהו כאשר הם מתמודדים עם האתגרים הללו", מוסיפה פרופ' קרניאלי-מילר.

 

"המחקר הזה חשוב כיוון שהוא מאפשר לליצנים עצמם לבנות תוכנית הכשרה, ולהתפתח ביישום מיומנויות מגוונות להשגת המטרות הטיפוליות השונות שיתאימו למטופלים שונים. בנוסף, הוא גם תורם בסיוע לאנשי מקצוע בתחום הבריאות לעבוד בשיתוף פעולה עם הליצנים הרפואיים. אם אנשי מקצוע בתחום הבריאות יידעו איך ומתי לשתף פעולה עם הליצנים הרפואיים, הם יוכלו לעזור למטופלים להתגבר על אתגרים, ובו זמנית הם עשויים להיות סובלניים יותר ל'הפרעה' של הליצנים בסדר הטיפולי בבית החולים. זה יספק לליצנים את הזמן והמרחב להתחבר למטופלים, ולעזור ולעודד מטופלים להפוך למשתתפים פעילים יותר בתוכנית הטיפול שלהם", היא מסכמת.

מחקר

03.01.2023
סף הכאב: אנשים עם אוטיזם חווים כאב בעוצמה גבוהה יותר

המחקר החדש סותר את הדעה הרווחת כי אנשים עם אוטיזם לכאורה "אדישים לכאב"

  • רפואה ומדעי החיים

מחקר חדש בחן את תפיסת הכאב של אנשים עם אוטיזם ומצא כי הם חווים כאב בעוצמה גבוהה יותר מכלל האוכלוסייה, ומסתגלים פחות לתחושת הכאב. ממצא זה מנוגד לדעה הרווחת שאנשים עם אוטיזם לכאורה 'אדישים לכאב', והחוקרות משערות כי הממצא קשור לאחד המאפיינים המובהקים של אוטיזם: הפרעת ויסות חושי. החוקרות מביעות תקווה כי ממצאי המחקר יובילו להתייחסות מתאימה יותר מצד צוותים רפואיים, מטפלים, והורים כלפי אנשים עם אוטיזם, שלא תמיד מבטאים את חוויית הכאב בדרכים מקובלות.

 

המחקר מומן ע"י הקרן הלאומית למדע, והובל על ידי ארבע חוקרות: ד"ר תמי בר-שליטא מהפקולטה לרפואה של אוניברסיטת תל אביב שיזמה את המחקר, בשיתוף עם ד"ר ילנה גרנובסקי מהטכניון ומהמרכז הרפואי רמב"ם ופרופ' אירית וייסמן-פוגל ופרופ' עינת גל מאוניברסיטת חיפה. מחקר זה היווה מסגרת לעבודות הדוקטורט של הדוקטורנטיות צאלה הופמן ומרי קלינגל-לוי, ושלושה מאמרים שהתבססו עליו פורסמו או התקבלו לפרסום עד כה. המחקר הנוכחי פורסם בכתב העת היוקרתי PAIN.

 

ד"ר בר-שליטא מסבירה: "כ-10% מהאוכלוסייה הכללית סובלים מהפרעת ויסות חושי, שמשמעה רגישות חושית ברמה הפוגעת בתפקוד היומיומי. אנשים אלה מתקשים, לדוגמה, להתעלם או להסתגל לזמזום ולהבהוב של אורות ניאון, לרחש המזגן או המאוורר, או לפופקורן של מי שיושב לידם בקולנוע. במחקרים קודמים במעבדה מצאנו שלאנשים אלו כואב יותר לעומת אנשים ללא הפרעת ויסות חושי. מאחר שידוע שהפרעת ויסות חושי נפוצה ביותר בקרב אנשים עם אוטיזם - כ-90-70% סובלים ממנה, היא מהווה קריטריון לאבחון אוטיזם, ואף קשורה לחומרת האוטיזם - רצינו לבחון את תפיסת הכאב באוטיזם. במילים אחרות שאלנו: האם גם לאנשים עם אוטיזם כואב יותר כמו לכלל הסובלים מהפרעת ויסות חושי? נושא זה כמעט ולא נחקר לפני שיצאנו לדרך."

 

פגיעה עצמית אינה מעידה על אדישות לכאב

לדברי החוקרות, במשך שנים רבות רווחה הדעה כי 'לאנשים עם אוטיזם כואב פחות' או שהם 'אדישים לכאב'. למעשה, 'אדישות לכאב' הינה אחד המאפיינים בהגדרה העדכנית של אוטיזם. ההוכחה לכך, לכאורה, הייתה שהם נוהגים להכאיב לעצמם ע"י פגיעה עצמית. "ההנחה הזאת אינה בהכרח נכונה," אומרת ד"ר בר-שליטא, "אנחנו יודעים שפגיעה עצמית עלולה לנבוע דווקא מניסיון לדכא כאב, וייתכן שהם מכאיבים לעצמם על מנת להפעיל, באופן לא מודע, מנגנון גופני של 'כאב מדכא כאב'."

 

מחקר זה הוא מחקר כאב מעבדתי שאושר על ידי ועדת האתיקה של המוסדות האקדמיים. המחקר כלל 52 מבוגרים עם אוטיזם בתפקוד גבוה, בעלי אינטליגנציה תקינה - המדגם הגדול ביותר בעולם עד היום במחקרים על כאב בקרב אנשים עם אוטיזם. המחקר עשה שימוש במבחנים פסיכופיזיים להערכת כאב, המקובלים בתחום חקר הכאב. שיטות אלה בוחנות את הקשר בין גירוי לתגובה, כאשר החוקר, באמצעות מחשב, שולט במשך הגירוי ובעוצמתו והנבדק מתבקש לדרג את עצמת הכאב שהוא חש בסקלה של 0 עד 100. הממצאים הוכיחו חד-משמעית שלאנשים עם אוטיזם כואב יותר. יתרה מזאת, המנגנון לדיכוי הכאב פחות יעיל אצלם.

 

החוקרות מסבירות: "ערכנו מגוון מדידות, שמטרתן בין היתר לבחון אם רגישות היתר נובעת מעירור-יתר של מערכת העצבים, או דווקא מדיכוי של מנגנונים שאמורים לאפשר הסתגלות ולהפחית את התגובה לגירוי עם הזמן. מצאנו שבמקרה של אנשים עם אוטיזם מדובר בשילוב של השניים: הגברה של סיגנל הכאב לצד מנגנון דיכוי כאב פחות יעיל".

 

"המחקר שלנו בחן באופן מקיף ומעמיק את רמת הכאב שחווים אנשים עם אוטיזם. הדעה הרווחת הייתה שהם כביכול 'אדישים לכאב', וצוותים רפואיים ואחרים אף התייחסו אליהם בהתאם. תוצאות המחקר מעידות כי במרבית המקרים, הרגישות לכאב של אנשים עם אוטיזם דווקא גבוהה יותר מזו של מרבית האוכלוסייה, ובמקביל הם אינם מצליחים לדכא גירוי מכאיב באופן יעיל. אנחנו מקוות שהממצאים שלנו ישרתו את אנשי המקצוע והרופאים המטפלים באוכלוסייה זו, ויתרמו לקידום טיפול מותאם אישית," מסכמת ד"ר בר-שליטא.

 

במאמרים נוספים שיתפרסמו בקרוב בחנו החוקרות את הפעילות המוחית של אנשים עם אוטיזם בעת גירויי כאב, ובדקו תת-קבוצות בתוך אוכלוסייה זו בכל הנוגע לתפיסת הכאב.

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>