Category Archives: כתבות אמצע

הפיכת תאי חיידק לרשתות נוירונים המבצעות משימות מורכבות – להישג זה, שהתפרסם בכתב העת Nature Communications, אחראים פרופ’ ראמז דניאל מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון ועמיתיו בטכניון וב-MIT.

חוקרי הטכניון ו-MIT הצליחו לתכנת תאי חיידק כך שיתפקדו כרשתות נוירונים שאפשר לאמן. המתגים, במקרה זה, הם גנים שקוּבּעו על יחידות DNA הקרויות פלסמידים. באמצעות אלגוריתמים גנטיים ייעודיים שפיתחו החוקרים הם יצרו, בסופו של דבר, חיידקים שהם מחשבים חכמים.

פרופ’ ראמז דניאל

“גם תאים חיים הם יחידות חישוב, ובמובנים הרבים אלה יחידות חישוב יעילות הרבה יותר,” מסביר פרופ’ דניאל. “חיידקים, שהתפתחו במיליארדי שנות אבולוציה, מבצעים פעולות מורכבות מאוד כגון חלוקת תאים, צריכת חומרי תזונה וסילוק פסולת. בניגוד למחשבים אלקטרוניים, שבנויים ממתגים דיגיטליים פשוטים בלבד (0, 1), בתא החי פועלים גם רכיבים אנלוגיים וכן לולאות משוב, המייצרות בקרה מתמדת על החישובים השונים. כל זה מאפשר לתא לבצע משימות מסובכות תוך צריכה של אנרגיה מועטה מאוד.”

בעבודה הנוכחית בנו החוקרים מעגלים גנטיים בהשראת רשתות עצביות. הגנים במעגלים אלה מפעילים ומכבים זה את זה על סמך גירוי חיצוני. התוצאה: חיידק מתוכנת המשמש רשת נוירונים שאפשר לאמנה על ידי אלגוריתמים גנטיים. היישומים משתרעים על תחומים שונים ובהם רפואה, אלקטרוניקה חדשה וזיהוי חומרים מסוכנים.

יחד עם פרופ’ דניאל ערכו את המחקר פרופ’ רון וייס מ-MIT וחוקרי הטכניון ד”ר מונא חביב וד”ר לונה ריזיק מהפקולטה להנדסת ביו-רפואית וד”ר לואי דניאל מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי. לדברי פרופ’ דניאל, “שילובם של חוקרים מעולמות האלקטרוניקה והביולוגיה הסינתטית איפשר את השגת התוצאות המוצגות במאמר ב-Nature Communications.”

מחקריו של פרופ’ דניאל בעשור האחרון מתמקדים בהפיכת חיידקים ליחידות חישוב. לדבריו, יצירתם של מחשבים חכמים על גבי תאים חיים טומנת בחובה פוטנציאל עצום, ובקבוצת המחקר של פרופ’ דניאל כבר בוחנים יישומים אפשריים כגון זיהוי חומרים רעילים וטיפול בסרטן ובמחלות מעי על ידי נגיפים מהונדסים.

המחקר נתמך על ידי קרן משפחת נויבאור, הקרן הלאומית למדע (ISF), האיחוד האירופי (תוכנית Horizon 2020), המרכז הבינתחומי למדעי החיים וההנדסה ע”ש לורי לוקיי וסוכנות DARPA.

איור קונספטואלי: פעילויות חישוביות מורכבות בתאי חיידק

למאמר בכתב העת Nature Communications   לחצו כאן

פרופ’ רועי קישוני

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה למדידת השפעתם ארוכת הטווח של שילובי-אנטיביוטיקה (קוקטיילים). שילובים אלה מעסיקים את הקהילה המדעית והרפואית נוכח העובדה ששימוש באנטיביוטיקה בודדת מוביל לעתים קרובות להיווצרות מהירה של עמידות חיידקים לאנטיביוטיקה. את המחקר שפורסם ב- Nature הובילו חוקרי הטכניון פרופ’ רועי קישוני מהפקולטה לביולוגיה והפוסט-דוקטורנטית במעבדתו ד“ר ויקטוריה לזר (כיום חברת סגל במכון למחקר ביולוגי של האיחוד האירופי בסגד, הונגריה).

החוקרים גילו כי במקרים רבים, שילוב של כמה אנטיביוטיקות עלול דווקא להפחית את יעילות הטיפול בטווח הארוך, כלומר להוביל לכך שיעילות השילוב ירודה מזו של כל תרופה בנפרד. עם זאת, הם מצביעים על שילובים ספציפיים שאכן מונעים היווצרות עמידות וכך מגינים על המטופל לאורך זמן מפני החיידק התוקף.

החיידק שנבדק במחקר הוא Staphylococcus aureus – חיידק אלים במיוחד שפיתח עמידות לזנים רבים של אנטיביוטיקה. חיידק זה אחראי לחלק ניכר ממקרי ההדבקה המתרחשים בבתי חולים ובקהילה. המחקר נערך הן בתרביות של חיידק זה במעבדה והן במודל חיה (העש Galleria mellonella).

אנטיביוטיקה היא משפחת תרופות הממלאת תפקיד מרכזי ברפואה המודרנית ומצילה חיים על בסיס יומיומי. החומרים האנטיביוטיים הטבעיים, שהתפתחו במהלך האבולוציה בפטריות ובשמרים, התגלו לפני כמאה שנה במחקריהם של סר אלכסנדר פלמינג, הווארד פלורי וארנסט צ’יין, חתני פרס נובל ברפואה לשנת 1945. במאה השנים האלה הצילו טיפול אנטיביוטיים מאות מיליוני בני אדם.

ד”ר ויקטוריה לזר

עם זאת, הצלחתו של הטיפול האנטיביוטי הפכה אותו לחרב פיפיות. זאת משום שהשימוש הנרחב בתרופות אנטיביוטיות מוביל להתפתחות אבולוציונית של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. מגמה זו מעוררת חשש מוצדק מעידן פוסט-אנטיביוטי – תקופה שבה חיידקים לא יגיבו עוד לתרופות אנטיביוטיות ובני אדם ימותו, כבעבר, מזיהומים הנחשבים כיום קלים ולא מסוכנים.

מעבדתו של פרופ’ רועי קישוני, מהמומחים המובילים בתחום העמידות האנטיביוטית, מפתחת שיטות המאפשרת לאמוד מראש את עמידותו של חיידק נתון לאנטיביוטיקה נתונה בהווה ויתר על כן – לנבא את רמת העמידות שהוא צפוי לפתח בעתיד. במחקר הנוכחי נבחנו כאמור טיפולי קומבינציה – שילוב של תרופות אנטיביוטיות שונות המונעות היווצרות עמידות.

החוקרים מציינים כי מגפת הקורונה הגדילה את השימוש באנטיביוטיקה, שכן אף שנגיף הקורונה עצמו (SARS-CoV-2) אינו מושפע מאנטיביוטיקה בשל היותו נגיף ולא חיידק, הטיפול האנטיביוטי מסייע לחולי קורונה להימנע מזיהומים חיידקיים משניים. וכך, עם הרחבת השימוש באנטיביוטיקה, הואצה האבולוציה של זני Staphylococcus aureus העמידים לה.

לסיכום, חוקרי הטכניון גילו כי שילובי אנטיביוטיקה עלולים לפגוע ביעילות הטיפול ומצביעים על שילובים ספציפיים המאיצים או בולמים את התפתחותה של עמידות חיידקית. בכך הם סוללים דרך לטיפולים יעילים יותר ולבלימתה של “מגפת העמידות” המאיימת על האנושות.

איור אומנותי של תוצאות המחקר. המחקר מראה כי אינטראקציות בין סוגי אנטיביוטיקה שונים עלולים לפגוע ביעילות הטיפול, ולעתים תרופה בודדת יעילה יותר משילוב עם תרופות אחרות. איור: Eniko Kolliger

למאמר ב- Nature לחצו כאן

ב-9 באוקטובר נצפתה התפרצות קרינת הגמא (GRB) האנרגטית ביותר שנמדדה עד כה. ההתפרצות, שהתרחשה במרחק 2.4 מיליארדי שנות אור מכדור הארץ, תועדה בשם GRB 221009A.

פרופ’ ארנון דר

מאמר של חוקרים בפקולטה לפיזיקה בטכניון, שהתקבל לפרסום יום לפני כן ב-The Astrophysical Journal Letters, כתב העת החשוב ביותר באסטרופיזיקה, מיטיב לנבא לא רק את עוצמתה של ההתפרצות אלא גם מאפיינים אחרים שלה. על המאמר חתומים פרופ’ ארנון דר ופרופ’ שלמה דדו, שהעלו אותו לפני כמה חודשים לאתר “ארכיב”.

התפרצות קרינת גמא, ובשמה המדעי “מתפרצי גמא”, היא אירוע קוסמי שבמהלכו נפלטת כמות אדירה של אנרגיה (קרני גמא וקרני X) בפעימה בודדת או בכמה פעימות סמוכות. לפני כ-25 שנה פרסמו דר ועמיתיו, פרופ’ ארי לאור וניר שביב, מאמר ב- Physical Review Lettersובו הם מציעים אפשרות שמתפרצי גמא אחראים לכמה מהכחדות החיים הגדולות על כדור הארץ.

מתפרצי גמא התגלו בשנת 1967, כשארה”ב שלחה לוויינים שיאתרו ניסויים גרעיניים סובייטיים בחלל. ניסויים כאלה נאסרו בהסכם בין-לאומי, אולם האמריקאים חשדו שברית המועצות מבצעת אותם בחלל בהנחה שאי אפשר יהיה לאתרם מכדור הארץ בגלל מחסום האטמוספרה. כעבור שש שנים, ב-1973, רק לאחר שהתברר שאינם מעשי בני אדם התפרסם שמדובר באירוע טבעי שאינו קשור כלל לניסויים גרעיניים.

בעשרים השנים הראשונות לאחר גילויים של מתפרצי גמא סברה הקהילה המדעית רובה ככולה שאירועים אלה מתרחשים בגלקסיית שביל החלב, הגלקסיה “שלנו”. רק ב-1991 התקבלה בנאס”א ראיה תצפיתית לכך שאירועים אלה מתרחשים בעיקר בגלקסיות אחרות, מרוחקות מאוד.

פרופ’ שלמה דדו

בשנת 1994 פרסם פרופ’ דר, יחד עם פרופ’ ניר שביב (שהיה אז דוקטורנט שלו), מודל חדש המסביר את התופעה: סילון צר של כדורי חומר הנפלטים בלידתם של כוכבי נויטרונים או חורים שחורים. כדורים אלה נעים במהירות יחסותית – מהירות הקרובה למהירות האור. מודל זה הפך לבסיס של “מודל כדורי התותח”, שפותח לימים על ידי הפרופסורים דר ודדו עם עמיתם פרופ’ אלברו דה רוחולה מ-CERN, ז’נבה. על פי מודל זה, כדורי החומר נעים במהירות ומפזרים את הפוטונים (חלקיקי האור) ואת החומר שבדרכם וכך יוצרים אלומה צרה של פוטונים, אלקטרונים וגרעיני אטומים עתירי אנרגיה. כאשר הפוטונים באלומה מגיעים לכדור הארץ הם נצפים על ידי טלסקופים קרקעיים וטלסקופי חלל.

הפרופסורים דר ודדו מקשרים במאמרם את תופעת מתפרצי הגמא לקרינה הקוסמית – קרינה שהתגלתה בתחילת המאה הקודמת ומהווה תעלומה שלא נפתרה עד היום (אין לבלבל אותה עם קרינת הרקע הקוסמית שמקורה במפץ הגדול). הם מסבירים כי השדות המגנטיים בחלל מפזרים את האלקטרונים ואת גרעיני האטומים שבאלומה מבלי שאלה יאבדו את האנרגיה שלהם. חלקיקים אלה הופכים לחלק מהקרינה הקוסמית.

החוקרים מראים כי קרוב לוודאי ששתי התופעות הללו, קרינה קוסמית ומתפרצי קרינת גמא, נולדות יחד בלידת כוכב הנויטרונים או החור השחור. תחת הנחה זו הם העריכו את האנרגיה המקסימלית בהתפרצות, אשר כאמור תואמת את האנרגיה המקסימלית המוערכת בהתפרצות הגמא GRB 221009A .

מתפרצי גמא נצפים בממוצע פעם ביום, אולם התפרצויות בעוצמה הדומה לזו של GRB 221009A  פונות אל כדור הארץ, על פי ההערכות, רק פעם ב-500 שנה. ההתפרצות שנצפתה ב-9 באוקטובר נמדדה על ידי טלסקופ החלל על שם Fermi של NASA ועל ידי שורה של גלאי קרינת גמא המוצבים בחלל. מיקומה נקבע למחרת היום באמצעות טלסקופ הענק VLT במצפה הכוכבים Paranal  שבצ’ילה.

התפרצות GRB221009A כפי שתועדה כשעה לאחר ההתפרצות הראשונית על ידי טלסקופ .SWIFT Credit: NASA/Swift/A. Beardmore (University of Leicester)

דיווח ההתפרצות באתר NASA:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-s-swift-fermi-missions-detect-exceptional-cosmic-blast

מאמרם של הפרופסורים דר ודדו:

https://arxiv.org/abs/2203.01942

הסטודנטית גלי ורדי מהטכניון זכתה בתחרות עבודות סטודנטים של IFLA  – האיגוד האירופי לאדריכלות נוף. ורדי, סטודנטית במסלול לאדריכלות נוף, זכתה בתחרות במקום הראשון בקטגוריית “תכנון רעיוני”.

 מתווה “השביל האיתן”

פרויקט הגמר שזיכה את ורדי בפרס הוא “שביל איתן: תכנון אסטרטגי להתמודדות עם שריפות הענק בהרי ירושלים”. הפרויקט נערך במסגרת סטודיו “LandBasics משבר אקלים וסביבה _ נופים מקומיים” בהנחיית אדר’ נוף עליזה ברוידא, אדר’ נוף מתניה ז”ק ואדר’ נוף איזבלה לוי ובתמיכת מחקר קורס הסטודיו של ד״ר שירה וילקוף. ורדי הוזמנה להציג את עבודתה במסגרת האסיפה השנתית של איגוד אדריכלי הנוף האירופי שנערכה בהלסינקי בחודש שעבר.

הפרויקט נערך נוכח משבר האקלים והתגברותן של שריפות ענק, ומתמקד במפגעים ובנופים שנחשפו בעקבות השריפה שפרצה בהרי ירושלים באוגוסט 2021. שריפה זו אילצה אלפי תושבים, ובהם דיירי בית החולים “איתנים”, להתפנות מבתיהם. השריפה, שהתפשטה לשטח של 11 אלף דונם, גרמה נזק עצום ליערות בסביבה.

מניתוח של התפתחות השריפה מתברר כי היה ביכולתם של שרותי הכיבוי לבלום את האש אילו היו מודעים לאזורי החיץ הקיימים באזור – שבילים שנועדו לבלום שריפות. ורדי הסיקה מכך את נחיצותה של הערכה שיטתית של אזורי החיץ ותכננה במסגרת הפרויקט את “השביל האיתן” (The resilient path) – שביל שיחבר את היישובים ביער וישזור את שבילי החיץ לכדי מערכת מובנית. באמצעות צמחייה עמידה לאש ונקודות חיבור לאספקת מים ישמש השביל עצמו כחיץ אפקטיבי ויספק גישה לכוחות הכיבוי ודרך מילוט לתושבים ולמטיילים המצויים בסכנה. למערכת כזו השלכות חיוביות נוספות, ובימים כתיקונים ישמש השביל כתשתית למטיילים שייחשפו באמצעותו ליער ולתהליכי התחדשותו כיער בר-קיימא, כמו גם לשימור ערכי תרבות כתשתית הטרסות ההיסטוריות שנחשפו בשריפה ולשחזור נופי הבוסתן כחלק מהיער.

פוסטר המציג את פרויקט “השביל האיתן”

לפרויקט של גלי ורדי: כאן

להכרזה על הזוכים: כאן

ראש תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד פרופ’ יועד צור אמר: “אני שמח וגאה לראות כאן סטודנטים וסטודנטיות ממגוון פקולטות שהקדישו זמן להכנת פוסטרים ולהצגת המחקרים. אני מתרשם מאוד מהגיוון בתחומי המחקר, מאיכות הסטודנטים ומרמת המחקרים שהם הציגו. אחת המטרות של תוכנית האנרגיה היא חיזוק הקשר עם התעשייה ויצירת שיתופי פעולה חדשים.”

הדוקטורנטית ענבל אופן פולק מהתוכנית הבין-יחידתית באנרגיה בהנחיית ד”ר דוד איזנברג והדוקטורנטית נידאא חרזאללה מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, בהנחיית ד”ר עומר יחזקאלי זכו במקום הראשון בתחרות הפוסטרים. מחקרה של ענבל אופן פולק ב”אלקטרו-קטליזה לחמצון אמוניה על ניקל הידרוקסיד: חשיבות הפאזות”. המחקר עוסק בקטליסט זול ונפוץ שיסייע בייצור אמוניה, הנחוצה כמקור למימן או כדלק בפני עצמה בתא דלק ללא פליטות פחמן דו חמצני. המחקר של נידאא חרזאללה עוסק בפיתוח מערכת ביו-אלקטרוכימית חדשנית המאפשרת הפקת אנרגיה חשמלית ישירות מצלולוז באמצעות תא דלק ביולוגי.

מימין לשמאל: נידאא חרזאללה, ענבל אופן-פולק, פרופ’ יועד צור ופרופ’ ויאצ’סלב (סלבה) פרגר

במקום השני זכו שלושה דוקטורנטים: עמית שוקרון מהפקולטה להנדסת מכונות בהנחיית פרופ”ח מתיו סאס, רועי כהן מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בהנחיית ד”ר עומר יחזקאלי ושדא אבו חלה מהתוכנית הבין-יחידתית באנרגיה בהנחיית פרופ”ח מתיו סאס. מחקרו של עמית שוקרון עוסק בסוללות זרימה. לדבריו סוללות אלה הן פתרון מבטיח לאגירת אנרגיה ואתגר משמעותי במעבר לשימוש באנרגיה בת-קיימא. במסגרת המחקר פיתחו החוקרים כלי לאפיון סוללות זרימה בעלות צפיפות הספק גבוהה, אשר צפוי לייעל את תהליכי האפיון והשיפור של סוללות כאלה בעתיד. מחקרו של רועי כהן עוסק בייצור אנרגיה מביו-סמנים על ידי תאי דלק אנזימטיים. המחקר של שדא אבו חלה, עוסק בייצור סימולטני של מים וחשמל נקיים על ידי תא דלק להתפלה.

בפוסטר המגיסטר המצטיין זכה ניב גלס, מגיסטר בתוכנית הבין-יחידתית באנרגיה, בהנחיית פרופ’ ירון פז על מחקרו העוסק בחיזור פחמן דו-חמצי למתנול באמצעות פוטוקטליזטורים מרוכבים על בסיס מבנים אורגנו מתכתיים ופחמן חנקני: אפיון, פעילות ויציבות.

מימין לשמאל: ניב גלס, פרופ’ יועד צור ופרופ’ ויאצ’סלב (סלבה) פרגר

בהמשך היום התקיימו הרצאותיהם של דן אילני מחברת SolarEdge, מיכל וייס-נבון מחברת דוראל, בוגרת הפקולטה להנדסה כימית בטכניון ד”ר שני הרשקוביץ מחברת Electriq Global ובוגרת תוכנית האנרגיה בטכניון ד”ר אביגיל לנדמן מ-H2Pro.

מאמר חדש שהתפרסם ב–Nature Communications מציג פפטידים ייחודיים בעלי פוטנציאל אנטי-סרטני. את המחקר הובילו פרופ’ אשרף בריק והפוסט-דוקטורנטים אבשיק סאהא וגנגה ומיסטי מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך יחד עם פרופ’ נביה איוב מהפקולטה לביולוגיה בטכניון ופרופ’ הירו סוגה מאוניברסיטת טוקיו.

פרופ’ אשרף בריק

פֶּפְּטִידים הם שרשראות קצרות של חומצות אמינו. בניגוד לחלבונים, המכילים בדרך כלל מאות רבות של חומצות אמינו, פפטידים מכילים לכל היותר עשרות חומצות כאלה. הפפטידים המעגליים שגילו החוקרים נקשרים באופן ספציפי לשרשראות של חלבוני אוביקוויטין – חלבון המשמש בדרך כלל “תג מוות” לחלבונים פגומים. תיוג החלבונים הפגומים מוביל לשיגורם לפירוק בפרוטאזום, פח האשפה של התא. גילויה של מערכת האוביקוויטין הוביל בשנת 2004 להענקת פרס נובל בכימיה לשלושה חוקרים, שניים מהם מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון: פרופ’-מחקר אהרן צ’חנובר ופרופ’-מחקר אברהם הרשקו.

פרופ’ נביה איוב

בשנים האחרונות התברר שפעילות מערכת האוביקוויטין תלויה בין השאר בנקודה שבה נקשרות מולקולות האוביקוויטין בשרשרת. לדוגמה, קישור לעמדה 48 (K48) מוביל לסילוק החלבונים לפרוטאזום, ואילו קישור לעמדה 63 (K63) באוביקוויטין מוביל לתיקון DNA פגום.

בשנים האחרונות פיתחו חוקרי הטכניון גישה חדשה להשפעה על מנגנוני האוביקוויטין: במקום התערבות בפעילותם של אנזימים המשפיעים על מנגנונים אלה הם החליטו לנסות להתערב ישירות בשרשרת האוביקוויטין עצמה.

מתוך גישה זו פיתחו החוקרים בעבודה קודמת פפטידים טבעתיים הנקשרים לעמדה 48 בשרשראות האוביקוויטין וכך מונעים ממנה להוביל לפירוק החלבונים הפגומים. שיבוש זה מוביל בהדרגה למות התא כולו. באותו מחקר הם שיערו – ואז הראו – כי כאשר קישור כזה נוצר בגידול סרטני הוא ממית את תאי הסרטן וכך מגן על המטופל. גילוי זה, שפורסם בכתב העת Nature Chemistry בשנת 2019, הוביל להקמתה של חברת סטארטאפ חדשה המקדמת את הגילוי לקראת שימוש קליני.

במחקר הנוכחי יוצרו פפטידים טבעתיים הנקשרים לעמדה 63 באוביקוויטין – העמדה המובילה כאמור לתיקון DNA פגום. החוקרים גילו כי קשירת הפפטידים לעמדה זו משבשת את מנגנון התיקון האמור ומובילה להצטברות של DNA פגום וכך לתמותת תאים. גם כאן, כאשר היקשרות זו מתרחשת בתאי סרטן היא מחסלת תאים אלה. החוקרים מעריכים כי יתכן שאסטרטגיה טיפולית זו תהיה יעילה יותר מתרופות אנטי-סרטניות קיימות הגוררות התפתחות של עמידות נגדן.

פרופ’ הירו סוגה מאוניברסיטת טוקיו

פרופ’ אשרף בריק הוא ראש הקתדרה ע”ש ג’ורדן ואירן טארק בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך. הוא זכה בפרסי הצטיינות רבים ובהם פרס החוקר המצטיין מטעם החברה הישראלית לכימיה ובמענק היוקרתי ERC Advanced Grant.

באיור: בתחילת התהליך נקשרים הפפטידים המעגליים לשרשרת האוביקוויטין; כתוצאה מכך נפגע מנגנון תיקון ה-DNA; ובסופו של דבר עוברים תאי הסרטן תהליך של מוות תאי (אפופטוזיס)

למאמר ב- Nature Communications- לחצו כאן