מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים
מוזיאון הטבע
חוקרים.ות את החדשות
כבר לא על ספסל הנאשמים. עטלף עירוני. צילום: יובל ברקאי

מחקר

01.09.2022
העטלפים לא אשמים בהתפרצות מגפת הקורונה

מחקר חדש קובע כי אין עדות מדעית לכך שהקורונה הגיעה מהיונקים המכונפים

  • סביבה וטבע
  • רפואה ומדעי החיים

זמן קצר לאחר פרוץ מגפת הקורונה החלו להישמע בקרב הציבור, וגם בקרב הקהילה המדעית, האשמות הטוענות כי העטלפים נחשבים כאיום לבריאותנו מעצם היותם 'אוגרי ומפיצי וירוסים', בהם גם נגיף הקורונה. מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב דוחה את הסברות האלו, שאינן  מבוססות מדעית ומטעות את הציבור. לדברי החוקרים, במרבית המקרים העטלפים אינם נשאים של וירוסים, ובכל מקרה יש להם מערכת חיסונית יעילה מאוד שמאפשרת להם להתמודד בקלות יחסית עם וירוסים שנחשבים קטלניים עבור יונקים אחרים. יכול מאוד להיות שאפשר ללמוד מהם דבר או שניים על התמודדות עם נגיפים.

 

לא אוגרים מחלות

המחקר נערך בהובלת ד"ר מאיה ויינברג מהמעבדה של פרופ' יוסי יובל, ראש בית הספר סגול למדעי המוח וחבר סגל בבית הספר לזואולוגיה ובמוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרט. לטענת החוקרים, אומנם ישנן עדויות לכך שמקורו של נגיף ה-Covid הקדמוני הפוטנציאלי היה בעטלפים. אבל מנגד, עד היום, שנתיים לאחר שהמגיפה פרצה לראשונה, עדיין איננו יודעים בוודאות מה המקור הישיר של וריאנטCovid-19 . צוות המחקר סקר מחדש עשרות מאמרים ומחקרים מובילים בתחום, ומסקנותיהם התפרסמו בכתב העת היוקרתי ISience.

 

"העטלפים נתפסים לרוב, בטעות, כמאגרים של מחלות ויראליות, אך ורק בשל היותם חיוביים מבחינה סרולוגית. כלומר, הם בעלי נוגדנים, מה שאומר שהם שרדו את המחלה ופיתחו אליה תגובה חיסונית. אך לאחר מכן גופם התגבר כליל על הווירוס, התנקה ממנו, ולכן הוא כבר לא נשא של אותו וירוס", מסבירה ד"ר ויינברג וממשיכה "יחד עם זאת, במקרים רבים, נגיף שדומה לפתוגן האנושי עלול להימצא בעטלפים, אך הוא אינו פתוגני לבני אדם".

 

"עלינו ללמוד לעומק את היכולות האימונולוגיות האנטי-ויראליות של העטלפים, כדי לקבל כלים חדשים ויעילים במאבק של האנושות נגד מחלות ויראליות, הזדקנות וסרטן"

 

ד"ר מאיה ויינברג וידיד

 

יכולת התמודדות עם וירוסים טובה משלנו

כדי לבחון את המצב הכללי, ביצעו החוקרים מטא-אנליזה של הספרות ובדקו את הממצא עבור יותר מ-100 וירוסים שעבורם עטלפים נחשבו למאגרים פוטנציאליים, בהם נגיף האבולה, ה-SARS וה-COVID. "מצאנו שבחלק ניכר מהמקרים (48%), טענה זו התבססה על שכיחות של נוגדנים או בדיקות PCR, ולא על בידוד הנגיפים הזהים בפועל. יתרה מכך, רבים מהבידודים המדווחים אינם משכנעים: בידוד של וירוס בלבד אינו מספיק כדי לראות בעל חיים כמאגר, שכן נדרשת גם כמות מינימלית של פרטים שבהם מבודד הווירוס על מנת להיחשב חיית מאגר וגם דרך מבוססת להעברה. גם עצם הגילוי של וירוס מסוים בעטלפים אינו מבטיח בהכרח שתתרחש זליגה, ותנאים ביולוגיים, אקולוגיים ואנתרופוגניים רבים נוספים חייבים להתקיים כדי שאירוע כזה יתרחש", מרחיבה ד"ר ויינברג.

 

לדברי החוקרים, בשנים האחרונות הולכות ומצטברות עדויות לכך שעטלפים יכולים להתמודד עם וירוסים שונים, גם קטלניים, בצורה טובה יותר מאשר בני אדם ומרוב היונקים האחרים. לאחר יותר ממאה שנים של התמקדות בווירוסים שעטלפים נושאים, נראה שמערכת החיסון של העטלפים מאופיינת בתגובה מאופקת בזמן תהליכים דלקתיים.

 

"לתפיסתנו, העטלפים פיתחו איזון מצוין בין עמידות וסובלנות: תגובת הגנה מוגברת של המארח וסובלנות חיסונית באמצעות מספר מנגנונים שונים. המחקר המקיף שערכנו מעלה ספק גדול באפשר לאפשרות ולפיה מקורה של התפרצות הקורונה הוא בעטלפים. הממצאים מעלים תמונה הפוכה, ולפיה עלינו ללמוד לעומק את היכולות האימונולוגיות האנטי-ויראליות של העטלפים. כך נוכל לקבל כלים חדשים ויעילים במאבק של האנושות נגד מחלות ויראליות, הזדקנות וסרטן", מסכמת ד"ר ויינברג.

מחקר

31.08.2022
האצות המועשרות שיסייעו באבטחת מזון למען עתיד האנושות

טכנולוגיה חדשה של חקלאות ימית תסייע לצמצום משבר המזון העולמי: "אצות מועשרות" בעלות ערכים תזונתיים גבוהים במיוחד

  • סביבה וטבע
  • רפואה ומדעי החיים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב והמכון לחקר ימים ואגמים בחיפה, פיתחו טכנולוגיה חדישה המאפשרת גידול של "אצות מועשרות" באבות המזון, חלבונים, סיבים תזונתיים, ומינרלים לצרכי האדם והחי.

 

לטענת החוקרים, הטכנולוגיה החדישה הכפילה בצורה משמעותית את קצב הגידול, רמות החלבון, הפחמימות הבריאות, והמינרלים ברקמות האצה - מה שהופך את ה"אצות המעושרות" למזון-על משובח, בעל ערך תזונתי גבוה במיוחד, אשר יוכל לשמש את האדם בעתיד לתעשיות המזון הבריאותי ולאבטחת אפיקי מזון בלתי מוגבלים.

 

הפיתוח החדש נערך בהובלת הדוקטורנט דורון אשכנזי, בהנחייתם של פרופ' אביגדור אבלסון מהפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס. וייז ופרופ' אלוארו ישראל מהמכון לחקר ימים ואגמים (חיא"ל), תל שקמונה, חיפה. המאמר פורסם בכתב העת המדעי Innovative Food Science and Emerging Technologies .

 

"ניתן להתייחס לאצות הים כ"מזון-על" טבעי, השופע ברכיבים הדרושים לדיאטה של האדם ברמות אשר עולות על מקורות מזון אחרים."

 

 

כמו המן התנכ"י: אצות מועשרות 

"במחקר גודלו מינים מקומיים של אצות: חסנית (Ulva) , אגרית (Gracilaria) ו-היפנאה (Hypnea) בסמיכות למערכות לגידול דגים בתנאי סביבה שונים," מסביר דורון אשכנזי. "התנאים המיוחדים אפשרו שגשוג של האצות, ושיפור נרחב בערכים התזונתיים שלהן עד כדי הפיכתן ל"אצות מועשרות" שהן מזון-על. שימוש באצות כמקור מזון עשיר, אשר עונה על כל צרכיו התזונתיים של האדם, אף מזכיר את המן התנ"כי שממנו ניזונו בני ישראל במדבר. כמו כן, ניתן יהיה להשתמש באצות המעושרות באופן ייעודי לתעשיות בריאות נוספות כגון תוספי תזונה, וכן בענפי הקוסמטיקה והתרופות."

 

"ניתן להתייחס לאצות הים כ"מזון-על" טבעי, השופע ברכיבים הדרושים לדיאטה של האדם ברמות אשר עולות על מקורות מזון אחרים. באמצעות הגישה הטכנולוגית שפיתחנו, בעל חווה או יזם יוכל לתכנן מראש קו ייצור של אצות ים עשירות בחומרים לפי רצונו, אשר ישמשו כמזון בריא או כתוספי תזונה: דוגמת אצות עם רמת חלבון גבוהה במיוחד, אצות העשירות במינרלים כמו ברזל, יוד, קלציום מגנזיום ואבץ, פיגמנטים ייחודיים, או חומרים אנטי־אוקסידנטים. ניתן יהיה להשתמש באצות המעושרות כדי לסייע לאוכלוסיות הסובלות מתת תזונה וחוסרים תזונתיים, למשל כתוספים לדיאטה צמחונית או טבעונית, וכן לאוכלוסיות מוחלשות ברחבי העולם". 

 

 

"טכנולוגיות מסוג זה, הן ללא ספק הדוגמה לעתיד טוב יותר לאנושות, עתיד שבו האדם חי באידיליה ובבריאות לצד הסביבה."

 

החקלאות של העתיד

כמו כן, בהשוואה לחקלאות יבשתית - החקלאות הימית, ובפרט חקלאות אצות, אינה דורשת קרקעות נרחבות, מים מתוקים או כמויות גדולות של דשנים. היא ידידותית לסביבה ושומרת על הטבע והאיזון האקולוגי בכך שהיא מצמצמת את הסיכונים הסביבתיים. המחקר החדש מייצר למעשה מצב אידיאלי, של חקלאות מקיימת ונקייה. כיום החקלאות הימית המשולבת מתחילה לקבל תמיכה של ממשלות ברחבי העולם בשל יתרונותיה הסביבתיים, בהם: הפחתת עומסי חומרי הזנה בחופים והפחתת הפליטה של גזים וטביעות פחמן. בכך היא תורמת להתמודדות עם משבר האקלים וההתחממות הגלובאלית.

 

"טכנולוגיות מסוג זה, הן ללא ספק הדוגמה לעתיד טוב יותר לאנושות, עתיד שבו האדם חי באידיליה ובבריאות לצד הסביבה," אומר אשכנזי. "המחקר נערך בשיתוף פעולה של חוקרים מובילים נוספים מרחבי הארץ, בהם גיא פז וד"ר יעל סגל מהמכון לחקר ימים ואגמים לישראל (חיא"ל), חיפה, ד"ר שושנה בן-וליד מומחית לכימיה אורגנית, ד"ר מירב נדב צוברי מהמחלקה לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים של אוניברסיטת בר-אילן, וד"ר איתן סלומון מהמרכז הלאומי לחקלאות ימית באילת.  

 

מחקר

30.08.2022
השיטות המתוחכמות של האלמוגים לארגן לעצמם ארוחה גם בעומק הים

חוקרים גילו כי אלמוגים זוהרים גם בעומק כדי לפתות את טרפם

  • סביבה וטבע
  • רפואה ומדעי החיים

אלמוגים זוהרים מקסימים את חובבי הטבע והמדענים כבר מאות שנים. הם מהווים מקור משיכה לא רק לצוללנים אלא גם לבעלי חיים רבים, לרוב בשוניות הקרובות לחוף. חוקרות וחוקרים ימיים יודעים שיש אלמוגים זוהרים גם בעומק של 45 מטרים, אך תפקידה הביולוגי של התופעה נתון לוויכוח מתמשך. מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב בשיתוף המכון הבין־אוניברסיטאי למדעי הים באילת, הוכיח לראשונה כי התופעה הקסומה בשוניות עמוקות שבה אלמוגים מציגים צבעים זוהרים תחת אור כחול (פלואורסנציה), נועדה לשמש כמנגנון למשיכת טרף. מהמחקר עולה כי בעלי חיים ימיים, אשר נחשבים לטרף של אלמוגים, מזהים את הצבעים הזוהרים ונמשכים לכיוונו.

 

קיבלו אור ירוק

המחקר נערך בהובלת ד"ר אור בן-צבי ובשיתוף יואב לינדמן וד"ר גל אייל, שלושתם מהמעבדה של פרופ' יוסי לויה בבית הספר לזואולוגיה ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב. המחקר פורסם בכתב העת Communications Biology.

 

לדברי החוקרים, במהלך השנים נבדקו מספר השערות, למשל האם התופעה משמשת להגנה מפני קרינה? לייעול הפוטוסינתזה? כפעילות נוגדת חמצון? להגנה מפני אוכלי עשב או למשיכה של אצות סימביוטיות לאלמוג? במחקר העדכני, הוכח כאמור שתפקידו של האור הזוהר הוא לשמש כפיתון עבור הטרף.

 

במסגרת המחקר, החוקרים ביקשו לבחון את התפקיד המוצע של משיכת טרף. לצורך כך, תחילה הם ביקשו לקבוע האם פלנקטון (יצורים קטנים הנסחפים בים עם הזרמים), נמשכים לפלואורסנציה הן במעבדה והן בים. לאחר מכן החוקרים כימתו במעבדה את יכולות הטריפה של אלמוגים מזופוטיים (אלמוגים שחיים בין אזור שוניות אלמוגים רדודות לבין האזור העמוק והחשוך לחלוטין של האוקיינוס), שמציגים מופעים פלואורסנטיים שונים.

 

על מנת לבחון את המשיכה הפוטנציאלית של פלנקטון לפלואורסנציה, השתמשו  החוקרים בין היתר בסרטן מסוג ארטמיה (Artemia salina), שמשמש בניסויים רבים כמזון לאלמוגים. החוקרים הבחינו כי כאשר ניתנה לסרטן בחירה בין מטרה פלואורסנטית ירוקה או כתומה לעומת מטרת ביקורת שקופה, הסרטן הראה העדפה משמעותית למטרה הפלואורסנטית. המטרה הפלואורסנטית הירוקה משכה יותר מפי שניים סרטנים מן המלכודת השקופה ופי 1.3 יותר מול המטרה הכתומה.

 

זאת ועוד, כאשר ניתנה לסרטנים בחירה בין שתי מטרות שקופות, התוצאות הראו כי בחירותיו של  הסרטן נצפו כמתפלגות באופן אקראי במערך הניסוי. באופן גורף, בכל הניסויים שנערכו במעבדה, הסרטנים הפגינו משיכה מועדפת כלפי אות פלואורסנטי. לעומת הסרטנים, דגים שאינם נחשבים טרף של אלמוגים, לא הציגו את המגמות האלה ודווקא נמנעו ממטרות פלואורסנטיות בכלל וממטרות כתומות בפרט.

 

"הסרטנים הפגינו משיכה מועדפת כלפי אות פלואורסנטי"

 

מסיבה מסוכנת של צבעים

בשלב השני, הניסוי בוצע בבית הגידול הטבעי של האלמוגים בעומק של כ-40 מטרים בעומק הים. גם בניסוי זה המלכודות הפלואורסנטיות (גם הירוקה וגם הכתומה), משכו פי שניים יותר פלנקטון מאשר המלכודת השקופה.

 

"ערכנו ניסוי בעומק הים על מנת לבחון את המשיכה האפשרית של מאספים מגוונים וטבעיים של פלנקטון לפלואורסנציה, תחת זרמים טבעיים ותנאי האור הקיימים במים העמוקים. מאחר ופלואורסנציה 'מופעלת' בעיקר על ידי אור כחול (האור השולט בעומק הים), בעומקים אלו הפלואורסנציה מודגשת באופן טבעי והנתונים שעלו מהניסוי היו חד משמעיים, בדומה לניסוי המעבדה", מסבירה ד"ר אור בן צבי.

 

בחלקו האחרון של המחקר נבחנו קצבי הטריפה של אלמוגים מזופוטיים (אלמוגים החיים בעומקים של 30 עד 150 מטרים), שנאספו במפרץ אילת, ונמצא כי אלמוגים שהציגו פלואורסנציה ירוקה נהנו מקצבי טריפה גבוהים בכ-25% לעומת אלמוגים בעלי פלואורסנציה צהובה.

 

"אלמוגים רבים מציגים תבנית צבע פלואורסצנטית המדגישה את הפה או את קצותיהם של זרועות הציד, עובדה התומכת ברעיון כי פלואורסנציה, בדומה לביו-לומינסנציה (יצירה של אור בתגובה כימית), פועלת כמנגנון משיכה של טרף", מסביר פרופ' לויה וממשיך "המחקר מוכיח כי המראה הזוהר והצבעוני של אלמוגים יכול לפעול כמנגנון פיתוי למשיכת פלנקטון בעל יכולות שחייה אל טורף צמוד קרקע כמו אלמוגים, במיוחד בבתי גידול שבהם האלמוגים דורשים מקורות אנרגיה אחרים בנוסף או כתחליף לפוטוסינתזה (ייצור סוכרים תוך שימוש באנרגיית האור המתבצע על ידי אצה שיתופית החיה בתוך רקמת האלמוג)".

 

"למרות הפערים בידע הקיים לגבי התפיסה החזותית של אותות אור וצבע על ידי פלנקטון, המחקר הנוכחי מציג עדויות מחקריות התומכות בתפקיד פיתוי טרף של הפלואורסנציה באלמוגים ואנו מניחים שהשערה זו, שאותה אנו מכנים 'השערת מלכודת האור', עשויה לחול גם על אורגניזמים זוהרים אחרים בים ועשויה למלא תפקיד גדול יותר ממה שהוצע בעבר במערכות אקולוגיות ימיות", מסכמת ד"ר בן צבי.

פרופ' עמיר שרון והאוצר הגנטי של החיטה

מחקר

17.08.2022
המפתח לכספת שמכילה את הפיתרון למשבר המזון העולמי

חוקרים הצליחו לבודד שלושה גנים שמקנים לחיטה עמידות למחלות

  • רפואה ומדעי החיים

המשבר העולמי באספקת חיטה, שהיא מרכיב המזון הנפוץ בעולם, לא חדש לנו. מאז פרוץ המלחמה בין רוסיה לאוקראינה הוא רק החריף, וכבר שנים שמומחים ומדענים בכל העולם עוסקים במחקר ובפיתוח פתרונות לאבטחת המזון לאוכלוסיית העולם שהולכת וגדלה. הסוד הגדול טמון בפיצוח הגנומי של חיטת הבר הקדומה, שנחשבת לעמידה בפני מחלות ונזקי טמפרטורות, והעברת אותם גנים לחיטה התרבותית המוכרת היום. צוות מחקר בינלאומי בשיתוף חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, הצליח לבודד מצמחי בר שלושה גנים אשר עמידים בפני פטריות החילדון. הפטריות גורמות למחלות הקשות ביותר שפוגעות ביבולי החיטה בעולם. בידוד הגנים והעברתם לחיטה התאפשר הודות לסדרת פיתוחים טכנולוגיים, שמקצרים מאד את משך הזמן שדרוש לאיתור ובידוד גנים מצמחי בר והעברתם לצמחי תרבות. לדברי החוקרים, פריצות הדרך הטכנולוגיות יאפשרו בידוד של גנים נוספים למגוון תכונות כגון יבול גבוה ועמידות לפגעי אקלים, וישמשו לפיתוח זני חיטה עתירי יבול ועמידים למחלות, מזיקים ותנאי סביבה.

 

הצורך לייצר זני חיטה שיכולים לגדול בתנאי סביבה ומזג אוויר קיצוניים ולהתמודד עם מחלות ומזיקים הולך וגדל ככל שמחריף משבר האקלים

 

 

מה קורה לחיטה כשהחום עולה?

שלושת הגנים החדשים בודדו מצמחי בר קרובי משפחה של החיטה, שהם חלק מאוסף הזרעים ששמור בבנק הגנים על שם משפחות ליברמן ואוקינו במכון לחקר הדגניים בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז. שניים מהגנים מקנים לצמחים חיסון נגד מחלת חילדון הקנה, והם בודדו על ידי צוות מחקר בינלאומי, בהובלה של חוקרים מבריטניה. הגן השלישי בודד על ידי חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, והוא מקנה לצמחים עמידות בפני שתי מחלות שונות: חילדון העלה וחילדון הפסים, שתי מחלות שהולכות ומחריפות בגלל עליית הטמפרטורות בעולם. לדברי פרופ' עמיר שרון, ראש המכון לחקר הדגניים, בידוד שלושת הגנים התאפשר הודות לפריצות דרך טכנולוגיות, שינוצלו לבידוד של גנים נוספים למגוון תכונות, כגון יבול גבוה ועמידות לפגעי אקלים, וישמשו לפיתוח זני חיטה עתירי יבול ועמידים למחלות, מזיקים ותנאי סביבה.

 

צוות חוקרי המכון מסביר כי החיטה מספקת כיום כ-20% מסך כל הקלוריות והחלבון שהאנושות צורכת, ועד 50% במקומות מסוימים בעולם. במהלך התירבות והטיפוח של החיטה, הצטמצם המגוון הגנטי של זני החיטה והם הפכו פגיעים למחלות, למזיקים ולפגעי אקלים. הצורך לייצר זני חיטה שיכולים לגדול בתנאי סביבה ומזג אוויר קיצוניים ולהתמודד עם מחלות ומזיקים הולך וגדל ככל שמחריף משבר האקלים. "כמו שכל אחד מאתנו נושא רק חלק קטן מהגנים של הסבים והסבתות שלו, כך החיטה התרבותית מכילה רק קומץ מסך כל המטען הגנטי של ההורים הקדמונים שלה. מאחר והחיטה נולדה באזור שלנו, צמחי הבר ממשפחת הדגניים שגדלים באזורנו הם ההורים הקדמונים של החיטה התרבותית ומכילים מגוון עשיר של תכונות, שדרושות כדי לטפח זני חיטה משופרים", מסביר פרופ' שרון.

 

"על ידי השתלת הגנים שבודדנו מצמח הבר בזני חיטה תרבותית, אפשר יהיה להקטין את הנזקים שגורמות המחלות ללא צורך בחומרי הדברה, ובכך לסייע להגדלת היבולים ולשמור על הסביבה"

 

לשפר תכונות גנטיות תוך עשירית מהזמן

"לאורך השנים אכן הועברו תכונות מצמחי בר לחיטה, אבל מרבית הפוטנציאל הגנטי עדיין לא נוצל, מאחר ובידוד של גן יחיד יכול היה לקחת למעלה מעשר שנים", אומר פרופ' שרון ומרחיב "לאחרונה היו מספר פריצות דרך, בעיקר התקדמות הטכנולוגיות של ריצוף גנומי ופיתוחים בתחום הביואינפורמטיקה, שבאמצעותם אנחנו יכולים היום לבודד גנים חדשים בתוך פחות משנה. כך, רק בשנה האחרונה בודדו מהחומר שלנו שלושת הגנים שמקנים עמידות נגד מחלות החילדון. על ידי השתלת הגנים שבודדנו מצמח הבר בזני חיטה תרבותית, אפשר יהיה להקטין את הנזקים שגורמות המחלות ללא צורך בחומרי הדברה, ובכך לסייע להגדלת היבולים ולשמור על הסביבה. בנוסף למחלות, אנחנו משתפים פעולה עם חוקרים בארץ ובעולם, שעובדים על בידוד של גנים לתכונות מעניינות נוספות מהחומר שלנו. כך למשל, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת באר שבע בודדו לאחרונה גנים מחיטת בר, שמקנה עמידות לחיטה נגד מזיקים, ואצלנו במכון זיהינו גן חדש מצמחי בני חיטה, שיכול להקנות עמידות ליובש".  

 

פרופ' שרון מוסיף כי במקביל לשיטות לבידוד גנים חדשים, חלה התקדמות גדולה בתחום הביוטכנולוגיה, ובפרט בטכנולוגיות של העברת גנים ועריכה גנומית. טכנולוגיות אלו מאפשרות לשתול גנים חדשים בצמחי תרבות, וכן לשנות את הגנים המקוריים של החיטה כדי להקנות להם תכונות חדשות. במכון הטמיעו את הטכנולוגיות החדשות והיום הם מציעים שירותים של טרנספורמציה ועריכה גנטית של חיטה גם לאוניברסיטאות אחרות ולחברות מסחריות.

 

 

 

האוצר שבכספת בנק הגנים

בתמיכת המדען הראשי של משרד החקלאות והמרכז הישראלי לעריכה גנומית בחקלאות, הוקם במכון לחקר הדגניים מרכז לטרנספורמציה ועריכה גנומית של חיטה. "זאת אבן דרך משמעותית, כי עד כה לא הייתה אפשרות לבצע טרנספורמציה יעילה של חיטה כאן בישראל. באמצעות הטכנולוגיה הזו אנו יכולים להעביר גנים חדשים, ולהשתמש בשיטות של עריכה גנומית כדי להעניק תכונות חדשות לחיטה. אנחנו מנצלים את המערכות שהקמנו כדי לקדם את המחקרים שנעשים במכון, וגם מסייעים לחברות וחוקרים ממוסדות אחרים בישראל, שזקוקים לטכנולוגיה הזו", אומר פרופ' שרון.

 

"בבנק הגנים שלנו יש היום למעלה מ 17,000 זרעים של 20 מינים שונים של דגני בר, שנאספו ברחבי ישראל במהלך חמישים השנים האחרונות. הייחודיות של האוסף היא במספר הגדול של מינים שהם קרובי משפחה של החיטה התרבותית, ובכך שחלק גדול של הצמחים נאספו בבתי גידול שכבר לא קיימים עקב הפיתוח העירוני המואץ שעברה ישראל. האוסף הזה הוא למעשה כספת של גנים שדרושים כדי לייצר זני חיטה עתירי יבול ובעלי כושר משופר להתמודדות עם האתגרים של שינויי האקלים. הטכנולוגיות החדשות הן המפתח לכספת: באמצעותן אנחנו יכולים כעת לאתר ושלוף את הגנים הדרושים במהירות ולהעביר אותם לחיטה", מסכם פרופ' שרון.

מחקר

14.08.2022
פריצת הדרך המדעית שתסייע לאבחון נפגעי הלם קרב

הימצאותם של חיידקים מסוימים ברוק עשויה להעיד על פוסט טראומה בקרב חיילים משוחררים

  • חברה
  • רפואה ומדעי החיים

פריצת דרך מדעית של האוניברסיטאות תל אביב וחיפה עשויה לאפשר אבחון מהיר, אובייקטיבי ומדויק של אנשים הסובלים מפוסט טראומה (PTSD), באמצעות דגימות רוק. ממצאי המחקר פורץ הדרך מצביעים על תמונה אופיינית של חיידקים ברוק שמופיעה אצל חיילים משוחררים שסבלו מתגובות קרב (כתוצאה ממלחמת לבנון הראשונה), ואשר כעת סובלים מפוסט-טראומה. לטענת החוקרים, תוצאות המחקר עשויות לפרוץ את הדרך לפיתוח תרופות הקשורות למיקרוביוטה (קהילה אקולוגית של מיקרואורגניזמים הנמצאים בתוך הגוף).

 

תמונת הרוק שמאפשרת איבחון

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".

 

 

מחקר

09.08.2022
פריצת דרך מדעית: חוקרים פיתחו מולקולה קטנה שתנגיש את הטיפול האימונולוגי בסרטן

פרופ' סצ'י-פאינרו: "אני מאמינה שבעתיד המולקולה הקטנה תהיה זמינה ותהפוך את הטיפול האימונולוגי לנגיש וליעיל לחולי סרטן."

  • רפואה ומדעי החיים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומאוניברסיטת ליסבון זיהו וסנתזו מולקולה קטנה שיכולה להוות תחליף נגיש ויעיל יותר לנוגדן המשמש בהצלחה לטיפול בשורה של מחלות סרטן. החוקרים מסבירים כי הנוגדנים לחלבוני PD-1/PD-L1 כבר מאושרים לשימוש קליני, לרבות בישראל, והם נחשבים להבטחה הגדולה של המאבק בסרטן. הטיפול האימונולוגי החדיש יכול להביא לשיפור משמעותי במצבו של החולה, וזאת ללא תופעות הלוואי הקשות הנלוות לטיפולים כמו כימותרפיה. אלא שהנוגדנים יקרים לייצור, ומכאן שאינם זמינים לכלל החולים. יתרה מכך, הטיפול לא משפיע על כל חלקי הגידולים הסרטניים המוצקים, כי הוא גדול מדי בכדי לחדור לאזורים פחות נגישים ופחות חשופים בגידול.

 

כעת, החוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומאוניברסיטת ליסבון השתמשו בביואינפורמטיקה ובאנליזת מידע כדי למצוא חלופה קטנה וחכמה יותר לנוגדנים אלו. מאחורי הפיתוח פורץ הדרך עומד צוות בינלאומי של חוקרים בהובלת פרופ' רונית סצ'י-פאינרו, ראשת המרכז לחקר הביולוגיה של הסרטן וראשת המעבדה לחקר הסרטן וננו-רפואה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר של אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם פרופ' הלנה פלורינדו ופרופ' ריטה גואדש מאוניברסיטת ליסבון. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Journal for ImmunoTherapy of Cancer.

 

טיפול בסרטן באמצעות מערכת החיסון

"ב-2018 הוענק פרס נובל לרפואה לג'יימס אליסון ולטסוקו הונג'ו על תרומתם לחקר האימונותרפיה, טיפול בסרטן באמצעות מערכת החיסון", מספרת פרופ' סצ'י-פאינרו. "הונג'ו גילה שתאי T של מערכת החיסון מפרישים חלבון בשם PD-1 המשבית את פעילותם על ידי קישור לחלבון PD-L1 המבוטא על תאי הסרטן. בעצם הקישור בין ה-PD-1 ל-PD-L1, התאים הסרטניים משתקים את תאי ה-T, ובכך מונעים מהם להרוג את תאי הסרטן. הונג'ו פיתח נוגדנים המנטרלים את ה-PD-1 או את ה-PD-L1 ומשחררים את תאי ה-T להילחם בצורה אפקטיבית בסרטן".

 

פרופ' סצ'י-פאינרו מוסיפה: "הפוסט-דוקטורנטית ד"ר ריטה אקורסיו התחילה מאלפי מבנים מולקולריים, ובעזרת מאגרי מידע ומודלים חישוביים שנקראים CADD, או computer-aided drug design, צמצמנו את רשימת המועמדים עד שהגענו למבנה הטוב ביותר."

 

"בשלב השני וידאנו בניסויים בחיות מודל שהונדסו עם תאי T אנושיים שהמולקולה הקטנה אכן מעכבת את התפתחות הגידול לא פחות טוב מהנוגדנים לאחר עיכוב ה-PD-L1. בנוסף, הדוקטורנטית סבינה פוצי תיקפה את יעילות המולקולה החדשה על מודלים תלת-ממדיים של מלנומה שיצרה במעבדה. צריך להבין שנוגדן הוא מולקולה ביולוגית, לא סינתטית, ולכן צריך תשתית מורכבת והרבה כסף כדי לייצר אותה. נוגדן כזה עולה היום לחולה בסביבות ה-300 אלף דולר לשנה של טיפולים. אנחנו פיתחנו מולקולה קטנה שיודעת לעכב את הקישור של ה-PD-1/PD-L1 ולהזכיר למערכת החיסון שהיא צריכה לתקוף את הסרטן. כבר סנתזנו את המולקולה הקטנה עם ציוד פשוט, בזמן קצר ובשבריר מהמחיר. יתרון אחר של המולקולה הקטנה הוא שסביר להניח שאפשר יהיה ליטול אותה בבית, דרך הפה, ולא באינפוזיה באשפוז".

 

קטנה ועוצמתית

נוסף על שיקולי הנגישות, מהניסויים שערכו החוקרים עולה כי המולקולה הקטנה שיפרה את ההפעלה של תאי מערכת החיסון בתוך גידולים מוצקים. "שטח הפנים של גידול סרטני מוצק הינו הטרוגני", מסבירה פרופ' סצ'י-פאינרו. "אם באזור מסוים של הגידול יש פחות כלי דם, הנוגדן לא יצליח להיכנס לאזור הזה של הגידול. מאחר שמולקולה קטנה עוברת בדיפוזיה, היא לא תלויה לחלוטין בכלי הדם של הגידול או בחדירות שלהם. אני מאמינה שבעתיד המולקולה הקטנה תהיה זמינה ותהפוך את הטיפול האימונולוגי לנגיש וליעיל לחולי סרטן".

מחקר

01.08.2022
שיטת לימוד חדשה עשויה להביא לשיפור משמעותי ביכולות התפיסה הוויזואלית של אוטיסטים

למידה באמצעות "הבזקי זיכרון" במקום חזרתיות ארוכה ומייגעת הראתה יעילות גבוהה

  • מוח
  • חברה

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מציע שיטת לימוד חדשה באוטיזם שעשויה לקצר את תהליך הלמידה ואף לשפר משמעותית את הישגי המטופלים בכל הקשור ליכולות תפיסה ויזואלית. לטענת החוקרים, שיפור יכולת התפיסה של אנשים עם אוטיזם הוא אתגר קשה עבור אותם מטופלים, המצריך על פי רוב אימון ממושך ומייגע, לצד הקושי המאפיין אוטיזם להכליל את הלמידה לתנאים אחרים - כלומר להצטיין גם במטלה דומה בתנאים שהם לא למדו בעבר.

 

השיטה החדשה שמציעים החוקרים מבוססת על "הבזקי זיכרון", שנמשכים שניות ספורות בלבד, ושבאמצעותה הנבדקים מצליחים הן לשפר את יכולות התפיסה הוויזואלית שלהם והן להכליל את הלמידה.

 

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית שירה קלורפלד-אוסלנדר ופרופ' ניצן צנזור מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה וביה"ס סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם פרופ' אילן דינשטיין וצוותו מאוניברסיטת בן גוריון. המחקר פורסם בכתב העת Current Biology.

 

פרופ' צנזור מסביר: "במעבדה שלי אנחנו מתמקדים בחקר למידה בבני אדם, וכבר היום אנחנו יודעים להגיד שחלק גדול מהלמידה לא קורה בתהליך האימון, אלא לאחר מכן - בתהליכי הטמעה וחיזוק של זיכרון המתרחשים 'אוף-ליין', למשל כאשר המוח שלנו במצב שינה. אלא ששיטות הלימוד הרגילות עדיין דוגלות בגישה לפיה אימון ממושך יותר שווה למידה טובה יותר: אם אתה רוצה לנגן על פסנתר, כדאי שתתאמן בכל יום שעות רבות בנגינה על הפסנתר עד שהנגינה תהפוך טבעית לך. אנחנו זיהינו מנגנון למידה חלופי שמשתמש ב'הבזקי זיכרון' – חשיפה קצרצרה למטלה שכבר נלמדה – כדי להטמיע ולהכליל את הכישורים שפותחו".

 

תוצאות מפתיעות ומעודדות במיוחד

במסגרת המחקר, צוות החוקרים בחן כ-30 נבדקים בוגרים עם אוטיזם בתפקוד גבוה שנתבקשו ללמוד מטלה ויזואלית (למשל – זיהוי כיוון של קווים המופיעים למספר אלפיות השנייה על המסך). אולם במקום לחזור על המטלה מדי יום, הנבדקים בקבוצת הניסוי המרכזית למדו את המטלה לעומק ביום הראשון, ובימים שלאחר מכן נחשפו לגירוי הוויזואלי למשך מספר שניות בלבד. במבחן התוצאה, למרות שהנבדקים למדו את המטלה במשך זמן מינימלי, ביצועיהם השתפרו משמעותית, בכ-20-25%, בדומה ללמידה רגילה מרובת חזרות ובדומה להישגים של נבדקים ללא אוטיזם.

 

זאת ועוד, גם כאשר הוצגה בפניהם מטלה בתנאים חדשים, שלא נלמדו (לדוגמא כאשר הגירוי הנלמד הוא במיקום חדש), הנבדקים שלמדו בשיטת הבזקי הזיכרון הציגו ביצועים משופרים מאשר הנבדקים בקבוצת הביקורת – כלומר הם ידעו להכליל את הכישורים שנלמדו במטלה הראשונה. ההצלחה של הנבדקים להכליל את הלמידה לתנאים אחרים נחשבת משמעותית למדי, כיוון שמדובר בכישורים שבהם אנשים עם אוטיזם מתקשים מאוד.

 

"כבר במחקרים קודמים הוכחנו שאפשר לשפר תהליכים של הטמעת למידה באמצעות הבזקי זיכרון", אומר פרופ' צנזור. "הראינו שאין צורך בזמן תרגול ממושך על מנת להטמיע את המטלה – מספיק להבזיק אותה לכמה שניות בודדות כדי לעורר את הרשת המוחית הרלוונטית, והמוח כבר יטמיע לבד את החומר. במקרה הזה בדקנו אנשים עם אוטיזם. לאוכלוסיות עם אוטיזם קיימים לעיתים קשיים בלמידה חזרתית ובהכללתה, כלומר להשתמש בכלים שנלמדו גם במטלות חדשות. באמצעות הבזקים קצרים של הגירוי הוויזואלי במטלה שנלמדה, הצלחנו לייצר למידה שהיא זהה ללמידה הרפטטיבית מבחינת היעילות שלה – כלומר קיצרנו משמעותית את זמן הלמידה. והערך המוסף הוא יכולת ההכללה: הנבדקים ביצעו מטלה בתנאים חדשים כאילו שהם למדו אותה בצורה מלאה".

 

לדברי פרופ' צנזור, לשיטה החדשה עשויות להיות השלכות פוטנציאליות משמעותיות – במגוון רב של תחומים. "המחקר החדש יכול לסלול את הדרך ללמידה משמעותית יותר של אוכלוסיות עם אוטיזם, במגוון רחב של מטלות. בנוסף, השיטה עשויה לסייע בשיקום אחרי פגיעות נוירולוגיות, כלומר באימון המוח לייצר מחדש את הקשרים שנפגעו, באמצעות אימון מקוצר".

מחקר

21.07.2022
בין הקימוטים: הזיכרון המכאני של יריעות דקות

החוקרים שפיצחו את הפיזיקה המרתקת של יריעות מקומטות

  • מדעים מדויקים

כל אחד מאיתנו מקמט אינספור ניירות במהלך חייו. אנחנו משליכים את הנייר מעבר לעורף, היישר אל סל האשפה הקרוב במקרה הרע, ובמקרה הטוב אל סל מיחזור הנייר, ושוכחים ממנו. אבל מסתבר שיש מי שמוצאים ביריעה המקומטת הזו עולם ומלואו.

 

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומהטכניון הצליחו לראשונה למפות את הקשר בין רשת הקשרים הסבוכה שנוצרת ביריעה דקה לאחר קימוטים חוזרים ונשנים שלה לבין התכונות המכאניות המפתיעות שלה, ובראשן היכולת של המערכת לקודד ולאכסן זיכרונות מכאניים. החוקרים אומרים כי חשיבות המחקר איננה רק בפיצוח המערכת עצמה אלא גם בתובנות שהיא מספקת על משפחה רחבה של מערכות פיזיקליות מורכבות בתחום החומר המעובה. המחקר התבצע בהובלת הדוקטורנט דור שוחט וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. את נושא המידול והסימולציות במחקר הוביל ד"ר דניאל הקסנר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, והוא פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי PNAS.

 

החוקרים גילו כיצד רשת הקיפולים והקמטים שנוצרת בעת קימוט של יריעות דקות על ידי מאמץ חיצוני, מביאה לשינוי דרסטי בתכונותיה המכאניות של היריעה. תהליך יצירת הרשת כשלעצמו מאפשר קידוד של המאמצים שהופעלו על הנייר עד אותו הרגע, כמעין "זיכרון" פיזיקלי של המערכת. אך באופן מפתיע, לאחר הקימוט מסוגלת היריעה לאחסן זיכרונות מכאניים נוספים, מבלי ליצור קפלים או קמטים חדשים.

 

לקרוא את זיכרון החומר

ד"ר לחיני מסביר: "כשאנחנו מאחסנים מידע בדיסק הקשיח של המחשב שלנו, אנחנו ממירים אותו לצופן שמורכב מהספרות אפס ואחת בלבד. פיזית, כל ספרה כזו מקודדת ברכיב מגנטי עם שני מצבים יציבים שנקרא "ביט", כשכיוון השדה המגנטי שלו (למעלה או למטה) מקודד את ערך הספרה (אפס או אחת). מעבר בין שני המצבים, לטובת קידוד או קריאה של הזיכרון, מתאפשר על ידי תופעת שנקראת לולאת חשל, או היסטרזיס. מה שזיהינו ביריעות המקומטות הוא תופעה דומה, אבל בעלת אופי מכאני. מסתבר שכאשר מקמטים את היריעה נוצר בה מערך סבוך של קימוטים,  כאשר כל אחד מהם מתפקד כלולאת חשל קטנה עם שני מצבים יציבים – מעין ״ביט״ מכאני. שני המצבים נבדלים בגיאומטריה שלהם, כאשר הקמט יכול לבלוט פנימה או החוצה מהיריעה. לרכיב אחד כזה אנו קוראים היסטרון, והוא המרכיב הבסיסי של תגובת הזיכרון של החומר כולו. אוסף ההיסטרונים שממנו בנויה היריעה כולה יכול לקודד ולשמור זיכרונות מגוונים של אירועים מכאניים שונים שחוותה היריעה. כך, על ידי תכנון מניפולציות מכאניות שונות, אפשר לשמור ולקרוא זיכרון מתוך המערכת.”

 

הדוקטורנט דור שוחט מוסיף כי "האינטראקציה שקיימת בין ההיסטרונים הללו ממלאת תפקיד חשוב בתכונות המכניות הכלליות של היריעה. כל אחד מהם וכולם יחד 'מקודדים' את התהליכים שהנייר עובר, כך שעקרונית, באמצעות מיפוי וניתוח הקימוטים ביריעה ניתן לשחזר את הפעולות שהתבצעו עליו בדיעבד ו'לקרוא' את הזיכרון. עוד מסתבר שבגלל האינטרקציות החזקות, נוצר מצב שנקרא בעגה המקצועית ״תסכול גיאומטרי״. במצב זה, בגלל המבנה הלא סדור של הקימוטים, ההיסטרונים מפריעים אחד לשני והיריעה המקומטת מתקשה להגיע למצב אנרגטי נמוך, מה שמשכלל עוד יותר את התגובה המכאנית שלה.  בכך יש דמיון למערכת מגנטית מרתקת שנקראת זכוכית ספין (spin-glass), ולמערכות לא מסודרות אחרות".

 

זו לא הכמות, זה הקימוט

בשנים האחרונות התרחב עד מאוד חקר המערכות הפיזיקליות המורכבות (Complex Systems), אשר דורשות שימוש במודלים תאורטיים יצירתיים וחדשניים שלוקחים בחשבון מספר גדול של דרגות חופש הכרוכות זו בזו – ולא תמיד ניתן לתאר את הדינמיקה ביניהם באמצעות פתרון אנליטי המבוסס על תכונות דרגת החופש הבודדת. השלם, במקרה זה, עולה על סך חלקיו.  

 

ברוח זו, הדוקטורנט דור שוחט מוסיף: "כיוון שאין פתרון פשוט למערכות מורכבות שכאלה, כדי להבין אותן לעומק יש להבין את הקשר בין התנהגות דרגת חופש בודדת לבין התנהגות המערכת כולה. המחקר על יריעות מקומטות מאפשר ליצור חיבורים כאלה, בזכות המימדים האופייניים הגדולים שלהן. די להחזיק נייר מקומט ביד ולצפות במכאניקה שלו, בכדי לקבל אינטואיציה פיזיקלית. דוגמא פשוטה היא זיכרון הצורה שיש ליריעה המקומטת – אם נכופף אותה מסביב לחפץ מסוים היא תקבל את צורתו מבלי שיווצרו קמטים חדשים – הודות להיסטרונים שמרכיבים אותה שמעניקים לה יכולת לקבל מספר גדול של צורות יציבות". החוקרים מסכמים כי המסקנות החדשות חורגות ממערכת הניסוי הספציפית, והן שופכות אור על היווצרות זיכרון פיזיקלי במערכות מורכבות נוספות, בהן הגישה לדרגות החופש הבודדות קשה יותר.

מימין: פרופ' לב שמר, פרופ' עדי אריה וגאורגי גרי רוזנמן

מחקר

21.07.2022
הגל הנושם שהוכיח תיאוריה מדעית

חוקרים הצליחו להוכיח תופעה תיאורטית ולמדוד חבילות גלים מחזוריות

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב הצליח למדוד בפעם הראשונה היעדר אפקט טלבוט במרחקי שברים של מרחק טלבוט, תופעה שנחזתה עד היום רק באופן תאורטי. מדובר בתופעה שעל פיה כאשר גל אור בעל צבע יחיד עובר דרך מבנה מחזורי, מתקבלת לאחריו שוב ושוב תבנית אור מחזורית, במרחקים קבועים הנקראים מרחקי טלבוט xT. תופעת גלים זו אינה מוגבלת רק לגלי אור ונחקרה עבור סוגים רבים ושונים של גלים, כולל גלי חומר וגלי קול. החוקרים הראו כי ניתן להסביר את שבירת הסימטריה על ידי משוואת גלים מדויקת יותר הנקראת משוואת דיסט׳ה (Dysthe).

 

לעורר חבילות גלים מחזוריות

התגלית המדעית התאפשרה במסגרת מחקר שבחן את דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזורית בגלי כבידה משטחיים על פני מים, על ידי מדידת ההתפתחות שלהם לאורך בריכת גלי מים באורך 5 מטרים. צוות החוקרים כלל את גאורגי גרי רוזנמן, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פרופ׳ וולפגנג שלייך מאוניברסיטת אולם, פרופ׳ עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול, ופרופ׳ לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתיPhysics Review Letters .

 

דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזוריות נחקרה גם בתחום הלא-ליניארי באופן תאורטי. המדען ניל אחמדייב מצא פתרון אנליטי שנקרא "Akhmediev breather" שמשמעותו "גל נושם", היות והצורה שלו חוזרת על עצמה באופן מחזורי. עם זאת, יש הבדל חשוב לעומת המקרה הליניארי, והוא שמקבלים בצורה מחזורית רק את המבנה המקורי, ואילו המבנים במחזוריות הקצרה יותר לא מופיעים.

 

בניסוי שבוצע, צוות החוקרים עורר חבילות גלים מחזוריות של גלי כבידה משטחיים. לשם כך נבחר הגל הנושם של אחמדייב (Achmediev breather). כאשר הגלים המעוררים הם בעלי משרעת גדולה, הדינמיקה הלא ליניארית של גלי הכבידה המשטחיים הופכת להיות משמעותית וגורמת להיעלמות התבניות המחזוריות בעלת המחזורים הקצרים, למשל במחצית מרחק טלבוט.

 

בריכת הגלים באוניברסיטת תל אביב בה התבצע הניסוי

 

בנוסף, גילו החוקרים במסגרת המחקר כי כאשר אי-הלינאריות גבוהה יותר, המדידות חורגות מהפתרון האנליטי של אחמדייב, וניתן לראות  שבירה א-סימטרית של פונקציית הגל. שבירה זו גורמת למעטפת הגלים להאיץ במעט ולהאיט לאחר מכן חזרה למהירות החבורה. שבירת סימטריה זו נגרמת בגלל אי לניאריות מסדר גבוה, אשר אינה נלקחת בחשבון במשוואת הגלים הפשוטה - משוואת שרדינגר הלא לינארית.

 

שטיחי טאלבוט במערכת של גלי כבידה משטחיים. (1) שטיח טאלבוט ״לינארי״ (2) שטיח טאלבוט ״לא לינארי״ (3) סקיצה של מערכת ניסוי בה נמדדו התופעות

מחקר

20.07.2022
חוקרים באוניברסיטת תל אביב מתריעים: טיפול בשיטת CRISPR עלול לגרום נזק לגנום

לדברי החוקרים, "לעתים כרומוזומים שנחתכו בהליך אינם מצליחים להשתקם ויציבות הגנום מתערערת – דבר שעלול בטווח הארוך אפילו לגרום לסרטן."

  • רפואה ומדעי החיים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מצביע על סיכונים בשימוש בטכנולוגיית CRISPR. מדובר בשיטה חדשנית לחיתוך ולעריכת DNA, שזיכתה את ממציאותיה בפרס נובל, וכבר מהווה בסיס לטיפול מתקדם במגוון מחלות, בהן סרטן, מחלות כבד ומעיים, ותסמונות גנטיות. החוקרים בחנו את השפעת השיטה על תאי T – תאי דם לבנים של המערכת החיסונית, ומצאו כי באחוז משמעותי של התאים נגרם אובדן של חומר גנטי, והגנום מאבד מיציבותו – מצב שעלול לגרום לסרטן.

 

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."

מחקר

13.07.2022
האם המוסיקה תציל אותנו ממחלות הזיקנה?

מבדקים מוסיקליים יכולים לאתר הדרדרות שכלית בגיל המבוגר

  • אמנויות
  • מוח
  • חברה
  • מדעים מדויקים

הטכנולוגיות שהמצאנו מעלות עוד ועוד  את תוחלת חיינו. ביחס ישר, גדלה גם האוכלוסייה בכלל והאוכלוסייה המבוגרת בפרט, וכדי לדאוג לאיכות חייה יש צורך בכלים לאבחון זמין ומהיר של תופעות ומחלות זקנה שונות.

 

בדיקות מניעתיות מסוג זה מקובלות מאוד עבור מגוון בעיות פיזיולוגיות כמו סוכרת, יתר לחץ דם, או סרטן השד, אך עד היום לא פותחה שיטה שתאפשר ניטור שגרתי ונגיש של המוח ובעיות קוגניטיביות. חוקרות וחוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה לאיתור ירידה קוגניטיבית בגיל המבוגר, באמצעות מבחנים מוסיקליים שמודדים פעילות מוחית בכלי נייד. לדבריהם, השיטה, שעיקרה מדידת הפעילות החשמלית במוח במשך 15 דקות תוך ביצוע משימות מוסיקליות פשוטות, ניתנת ליישום בקלות על ידי כל איש צוות בכל מרפאה, ואינה מצריכה הכשרה מיוחדת.

 

מה שמוסיקה ומדע יכולים לעשות יחד

המחקר הובל על ידי הדוקטורנטית נטע מימון מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר למוסיקה ע"ש בוכמן-מהטה, וליאור מולכו מחברת נוירוסטיר שבראשותו של פרופ' נתן אינטרטור מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק ומבית ספר סגול למדעי המוח. עוד השתתפו: עדי ששון, שרית רבינוביץ ונועה רגב-פלוטניק מהמרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה דורות בנתניה. המאמר פורסם בכתב העת Frontiers in Aging Neuroscience.

 

במסגרת המחקר, פיתח הצוות שיטה פורצת דרך, שמשלבת בין מכשיר נייד למדידה ולניתוח חדשני של הפעילות החשמלית במוח (EEG), פרי פיתוח של חברת נוירוסטיר, לבין מבחן מוסיקלי קצר של  כ-15-12 דקות, שפותח על ידי נטע מימון.

 

נטע, בעלת תואר ראשון בביצוע צ'לו באקדמיה למוסיקה ולמחול בירושלים ובוגרת תואר שני במוזיקולוגיה ובפסיכולוגיה קוגנטיבית, בחרה לחקור קוגניציה מוזיקלית, תחום שמשלב את שתי האהבות שלה – מוסיקה ומדע. פרופ׳ נתן אינטרטור הגיע למחקר מתוך אהבה מאוד גדולה למוזיקה והבנה שעל ידי מוזיקה אפשר גם להפעיל את המוח וגם למדוד את הפעילות המוחית, וזאת תוך כדי הנאה ומצב רוח מרומם. "יחד חשבנו איך נוכל להגיע למבחן מתוקף מוזיקלי וגם לתקף את המדדים המוחיים מהמכשיר. זאת היתה דרך ארוכה מאוד ומתאתגרת, תהליך שכלל הרבה מאוד ניסויים", מסבירה נטע.

 

התחברה באופן אישי לניסוי. נטע מימון והצ'לו, באירוע אתנחתא שהתקיים באוניברסיטת תל אביב

 

"מוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות"

 

הניסוי שעשה מצב רוח טוב למשתתפים

במהלך הבדיקה, הנבדק מתחבר למכשיר ה-EEG הנייד באמצעות מדבקה עם שלוש אלקטרודות בלבד שמוצמדת למצחו. אז עליו לבצע סדרה של משימות מוסיקליות-קוגניטיביות על פי הנחיות המושמעות לו באופן אוטומטי באוזניות. המשימות כוללות מנגינות קצרות שמנוגנות על ידי כלים שונים, והנבדק מתבקש לבצע משימות ברמות קושי שונות שקשורות למנגינות. למשל, ללחוץ על כפתור בכל פעם שמושמעת מנגינה, או ללחוץ רק כאשר הכינור מנגן. בנוסף, המבחן כולל גם כמה דקות של מדיטציה מונחית מוזיקה, שנועדה להעביר את המוח למצב של resting state, שידוע ככזה שיכול להצביע על תפקוד מוחי במצבים שונים.

 

"מוסיקה קודם כל ידועה כמעוררת מהירה של מצבי רוח ככלל, ומעלה רגש חיובי בפרט. מנגד, במצבים שונים, מוזיקה יכולה לאתגר שכלית ולהפעיל את האזורים הקדמיים של המוח, במיוחד אם אנחנו מנסים להתרכז בדברים שונים במוסיקה ולבצע תוך כדי משימה מסיומת", מסבירה נטע.

 

לדבריה, אם לוקחים את שתי היכולות הללו יחד, ניתן בעצם ליצור מבחנים קוגניטיביים לא פשוטים, אבל כאלה שיהיו גם נעימים ונוחים לביצוע. יתרה מכך, מוסיקה שהיא חיובית וקצבית במידה, תעלה את הריכוז והביצוע של המשימה עצמה. כך למשל "אפקט מוצרט" המפורסם, שמראה ביצועים טובים יותר במבחני אינטליגנציה לאחר האזנה למוסיקה של מוצרט - לא שייך למוסיקה של מוצרט בכלל, אלא לכך שמוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות. לכן, החוקרים העריכו שבעזרת כלים מוסיקליים אפשר יהיה גם לאתגר את הנבדקות והנבדקים במידה שניתן יהיה לבדוק את הפעילות הקדמית של מוחם, וגם להעלות את מצב רוחם כך שיבצעו את הבדיקה באופן טוב יותר ושיהיה להם נעים ונחמד תוך כדי.

 

"בחרתי בקטעים מוזיקליים שמנוגנים על ידי כלי אחד בודד כל פעם. רציתי לבחור בקטעים שנשמעים טוב ומנוגנות היטב ולכן בחרתי בקטעים מתוך יצירות קלאסיות. הבחירה במוזיקה קלאסית לא הייתה בגלל הסגנון, אלא מפני שבמוזיקה קלאסית קיימים קטעים כאלה לכלי סולו (לבד), בעוד שבז׳נרים של מוזיקה קלה לא נמצא בדרך כלל נגינה של כלי בודד (לדוגמא כינור, חליל, פסנתר ועוד). גם לא רצינו גורמים מתערבים כמו מילים או הכרות עם הקטעים, לכן בחרתי קטעים שהם טיפה פחות מוכרים לשומע הממוצע", היא אומרת.

 

 

אחד ממשתתפי הניסוי ומכשיר ה-EEG הנייד

 

"השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם"

 

לזהות ירידה קוגניטיבת לפני שהיא מתחילה

המחקר כלל ניסוי במרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה 'דורות' בנתניה. כל מי שמתאשפז ב'דורות', או בכל מוסד אחר לשיקום גריאטרי, עובר מבחן סטנדרטי הקרוי 'מיני-מנטל' להערכת מצבו הקוגניטיבי, כחלק שגרתי מתהליך הקבלה. המבחן נערך על ידי מרפאה בעיסוק שהוכשרה לכך במיוחד, וכולל מגוון משימות כמו לדוגמה, למנות לאחור את ימות השבוע/חודשי השנה. במבחן זה ניתן לצבור עד 30 נקודות, כשציון גבוה מורה על קוגניציה תקינה.

 

הניסוי של המחקר נערך בקרב 50 מבוגרים המאושפזים במקום, שקיבלו במבדקי המיני-מנטל ציונים של 30-18, המעידים על רמות מגוונות של תפקוד קוגניטיבי. המשתתפים ביצעו את המשימות המוסיקליות-קוגניטיביות שניתנו בצורה אוטומטית, מכשיר ה-EEG רשם את הפעילות החשמלית במוחם במהלך הפעילות והתוצאות נותחו בטכנולוגיות של למידת מכונה. כך זוהו מדדים מתמטיים המצויים במתאם מדויק עם ציוני מבדק המיני-מנטל, או במילים אחרות: החוקרים קיבלו נוירו-מרקרים (סמנים מוחיים) חדשים, שיכולים לעמוד בפני עצמם כמדדים למצבו הקוגניטיבי של הנבדק.

 

"התוצאות היו מאוד טובות. ראינו מתאם בין המדדים המוחיים שאותם חישבנו על כל הניסויים הקודמים בנבדקים הבריאים, לבין ההידרדרות הקוגניטיבית של הנבדקים המבוגרים. המדד עלה ככל שציון ה'מיני-מנטל' שלהם גבוה יותר. למעשה, הצלחנו להראות שהמוסיקה היא אכן כלי יעיל למדידת הפעילות המוחית. חשוב מכך, כל מי שעברו את הניסוי דיווחו שהוא מצד אחד מאתגר את המוח, אבל נעים ונחמד מאוד לביצוע", אומרת נטע ומוסיפה בחיוך "זה מאוד לא טריוויאלי שבמבחן של 12 דקות יכולנו לזהות פעילות מוחית שיכולה להצביע על הדרדרות קוגניטיבית אפילו קטנה מאוד (הרבה לפני אבחנה של מחלה כמו אלצהיימר או דמנציה). אבל מה שהכי הפתיע אותי זה שהנבדקים בניסוי נהנו ממנו. בניגוד לניסויים רגילים מול מחשב שהם מתישים ומעייפים (אפילו לסטודנטים צעירים ובריאים!), בניסוי הזה התחושה שהם יצאו ממנה היא חיובית ונחמדה. אמנם חלק מהמשימות לא היו פשוטות, אך הם ביצעו אותן בהנאה רבה".

 

"השיטה שלנו מאפשרת ניטור של יכולות קוגניטיביות ואיתור ירידה קוגניטיבית כבר בשלביה המוקדמים, וכל זאת באמצעים פשוטים ונגישים, עם בדיקה מהירה וקלה לביצוע שניתנת ליישום בכל מרפאה", אומרים החוקרים ומסכמים "לשיטה זו יש חשיבות מיוחדת כיום, בעקבות העלייה בתוחלת החיים וקצב הגידול המואץ של האוכלוסייה בכלל והאוכלוסייה המבוגרת בפרט. כבר היום חיים בעולם מאות מיליוני בני אדם שסובלים, או עלולים לסבול בקרוב, מהתדרדרות קוגניטיבית ומהשלכותיה הקשות, ומספרם רק ילך ויגדל בעשורם הבאים. השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים, כאשר ניתן לטפל ולמנוע התדרדרות חמורה. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם".

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 >>