NEWS

"בגנום שלנו, כמו בכל גנום של כל יצור חי אחר, ישנן מוטציות שיכולות לשנות את רצף חומצות האמינו של החלבונים שמקודדים בגנום", מסביר פרופ' טולר. "מאחר שהחלבונים הללו אחראים על המנגנונים השונים בתא, מוטציות כאלה מעורבות בהפיכת התא הבריא לתא סרטני. לעומתן, יש מוטציות שלא משנות את חומצות האמינו, ולכן קראו להן 'שקטות' והתעלמו מהן במשך שנים רבות. אנחנו ערכנו בפעם הראשונה אנליזות לכ-10,000 גנומים סרטניים מכל הסוגים, והראינו שיש למוטציות השקטות ערך דיאגנוסטי, איזה סוג סרטן זה, וגם ערך פרוגנוסטי, כמה זמן החולה ישרוד".

לדברי פרופ' טולר, החומר הגנטי בתא מחזיק בשני סוגים של מידע: מה רצף חומצות האמינו שמיוצר – ומתי וכמה לייצר מכל חלבון – כלומר הרגולציה של תהליך הייצור. "אותן מוטציות שקטות יכולות להשפיע על הרגולציה של ביטוי גנים, וזאת השפעה לא פחות חשובה מסוג החלבון שמיוצר. מן הסתם אם התא מייצר הרבה פחות מחלבון מסוים – זה גרוע כמעט כמו למחוק אותו. השפעה נוספת היא קיפול החלבון. החלבון הוא מולקולה ארוכה שכוללת בדרך כלל מאות רבות של חומצות אמינו, כאשר הקיפול התלת ממדי של המולקולה מתחיל כבר כשהן מיוצרות בריבוזום. קצב הייצור של החלבון על ידי הריבוזום משפיע על הקיפול, והמוטציות השקטות יכולות להשפיע על קצב הייצור של החלבון ולכן על הקיפול שלו – קיפול שהוא משמעותי לתפקוד בפועל. בנוסף, יש מקרים בהם המוטציות השקטות משפיעות על תהליך בשם שיחבור, שבו חתיכות מהחומר הגנטי נחתכות ליצירת הרצף הסופי שממנו ייווצר החלבון. בקיצור, מסתבר שהמוטציות השקטות האלה עושות הרבה מאוד רעש, ואנחנו הצלחנו לראשונה לכמת את ההשפעה שלהן".

כדי לבחון את השערתם ולכמת את השפעת המוטציות הללו, פרופ' טולר ועמיתיו השתמשו במידע גנטי ציבורי על גנומים סרטניים מהמכונים הלאומיים לבריאות (NIH) בארה"ב. החוקרים לקחו הנתונים על הגנום הסרטני וניסו בשיטות המבוססות על למידת מכונה לנבא מה סוג הסרטן וכמה שנים חי כל חולה לפי המוטציות השקטות – ולאחר מכן השוו את התוצאות שקיבלו לנתוני האמת מהמאגר.

תמונה: אילוסטרציה של אינטראקציות שונות של החומר הגנטי עם פקטורים בתא שמבקרים את רמות הביטוי. מוטציות שקטות יכולות להשפיע על יעילות האינטראקציה עם הפקטורים האלה בתא הסרטני, ולכן להשפיע על רמות הביטוי של גנים שמשפיעים על השרידות של התא הסרטני.

"לתוצאות המחקר מספר השלכות חשובות", אומר פרופ' טולר. "קודם כל שימוש במוטציות שקטות בהחלט יכול לשפר מודלים שחוזים פרוגנוזה ומשמשים לסיווג. חשוב לציין שגם לשיפור של 17% יש משמעות גדולה מאוד כי מאחורי המספרים האלה עומדים בני אדם שאנחנו אוהבים, ויום אחד אולי אנחנו עצמנו, לכן כל שיפור של אחוז הוא דרמטי. רופא שמגלה גרורות רוצה לדעת מה מקור הגרורה ומה מסלול התפתחות המחלה, כדי להתאים את הטיפול הטוב ביותר. אם למשל במקום דיאגנוסטיקה ופרוגנוסטיקה שגויות לחמישה מבין עשרה חולי סרטן נגיע למצב שבו שוגים רק בארבעה מכל עשרה חולי סרטן, זה יכול להיתרגם בסופו של דבר למיליוני חולים שאולי ניתן להציל את חייהם. בנוסף, התוצאות שלנו מראות שרק על סמך מוטציות שקטות ניתן במקרים רבים לקבל ביצועי ניבוי דומים להסתמכות על מוטציות שהן לא שקטות. זו תוצאות מעודדת, מכיוון שבשנים האחרונות מפותחות טכנולוגיות שמסווגות סרטן על סמך בדיקות דם לא פולשניות יחסית, המבוססות על אנליזה של חתיכות דנ"א ממקור סרטני. מאחר שרוב הדנ"א שלנו לא מקודד לחלבון, סביר להניח שרוב החתיכות מסוג זה שנדוג יכילו מוטציות שקטות".

למחקר החדש השלכות לכלל תחומי המחקר והטיפול האונקולוגי, ואחרי הוכחת ההיתכנות הזאת בכוונת החוקרים להקים סטארטאפ עם חממת "סאנרה", שיתמקד במוטציות השקטות ככלי רפואי לכל דבר ועניין.

עוד השתתפו במחקר: גיא גורן ועומרי עפרוני

​

למאמר ב npj genomic medicine

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה את הפתרון

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט דרור ויסמן מקבוצתו של פרופ' עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול באוניברסיטת תל אביב. במחקר השתתפו הדוקטורנט גרי גאורגי רוזנמן, פרופ' לב שמר וכן חוקרים מאוניברסיטת אוּלְם בגרמניה – הדוקטורנט מוריץ קרמסין, ד''ר מקסים אפרמוב ופרופ' וולפגנג שלייך. המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters.

ניסויים חדשים עם גלים פלזמוניים (שילוב של אור ותנודות אלקטרוניות) ועם גלי כבידה משטחיים הנעים על פני מים, מראים כי רצף של סדקים מסוגל להוליך את הגלים במסלול צר. הסדקים חוסמים את הקצוות החיצוניים של הגלים, בעוד שהגלים הלא חסומים מתרכזים לאורך ציר מרכזי של מוליך הגלים כתוצאה מהתאבכות. המערכת הפשוטה הזו, המבוססת על סדקים, יכולה להיות שימושית במצבים בהם קשה לייצר מוליכי גלים רגילים, למשל עבור גלים אלקטרומגנטיים בתחום קרני הרנטגן או בתחום הטרה-הרץ.

ויסמן ושותפיו הצליחו לפתח מוליך גלים המבוסס על סדקים. "איננו זקוקים לשום חומר מיוחד עם מקדם שבירה מסוים", אומר ויסמן. "הדבר היחיד שאנו צריכים הוא חומר שחוסם את התקדמות הגלים". הרעיון מבוסס על תופעה הקרויה "מיקוד עקיפתי" (diffractive focusing), בה עוצמת הגלים העוברים דרך סדק עולה בטרם האלומה מתבדרת. בדרך כלל קשה להבחין במיקוד זה מאחר שהוא קורה בסמוך לסדק: עבור סדק ברוחב של כחמישה אורכי גל, המיקוד מתרחש בנקודה הממוקמת כשמונה אורכי גל בלבד מהסדק.

בתמונה: אלומת הלייזר משמאל מאירה סריג המייצר גל פלזמוני משטחי. הגל נקטם באופן מחזורי על ידי הסדקים. התפלגות העוצמה נמדדת על ידי הסיב המחודד (החלק הכחול באיור) של המיקרוסקופ האופטי הסורק.

במחקר קודם שעסק במיקוד עקיפתי, ויסמן ושותפיו מדדו גלים המתקדמים דרך שני סדקים ברצף, כאשר הסדק השני ממוקם בסמוך למוקד של הסדק הראשון.  הם הבחינו כי כאשר האור עובר דרך שני הסדקים יחד, תבנית העקיפה הייתה דומה לזו המתקבלת מסדק יחיד – כלומר, יתכן שניתן לחזור על התהליך עם סדק שלישי, רביעי וכן הלאה. הצוות חזה כי כל סדק יכול למקד את האות לפני הגעה אל הסדק הבא, וכך למעשה נוצר מוליך גלים.

החוקרים אימתו כעת את תחזיתם באמצעות שני ניסויים. הראשון, התבסס על גלים פלזמוניים – גלים אלקטרומגנטיים המתקדמים על פני משטח מתכת ומצומדים לאלקטרונים שבו. על מנת ליצור מוליך גלים פלזמוני מבוסס סדקים על לוח כסף, הצוות ייצר צמדים של קירות כסף ננומטריים דקים שהגל הפלזמוני יכול להתקדם ביניהם. לאחר מכן, הם עוררו את המבנה באמצעות אלומת לייזר ומדדו את התפלגות העוצמה באמצעות מיקרוסקופ אופטי הסורק את עוצמת הגל הפלזמוני בשדה הקרוב. הם העריכו כי כל סדק גורם לאיבוד של כ-10% מהאנרגיה של אלומת הלייזר, לנוכח קטיעה של קצות הגל ע"י הקירות. מוליך הגלים החדש הוא בעל הפסדי הולכה דומים לאלה של מוליכי גלים פלזמוניים קיימים.

בניסוי השני, הדוקטורנט גאורגי גרי רוזנמן בחן את מוליך הגלים החדש באמצעות גלי כבידה משטחיים הנעים על פני מים, בבריכת גלים ייחודית שאורכה 18 מטרים, במעבדתו של פרופ' לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב. בניסוי זה, החוקרים יצרו גל אשר התפשט בבריכת המים וקטמו אותו בכל פעם במישור הזמן. הצוות מדד את צורת הגל ליד נקודת המוקד, והזין את המידע לגבי עוצמת הגל והפאזה (מופע) שלו בחזרה למחולל הגלים כדי ליצור את חבילת הגלים הבאה, בעוד הם קוטמים את המידע שזלג החוצה מהסדק הזמני. הפעולה החוזרת הזו הראתה תבנית התפשטות חוזרת בכל פעם, הן בעוצמה והן בפאזה.

"מוליך הגלים החדש הוא פתרון כללי שניתן ליישום למגוון רחב של גלים", אומר ויסמן. בנוסף לגלי אור ולגלי מים, ניתן להשתמש בשיטה לצורך הולכה של גלי קול, גלי חומר ועוד. יתרון נוסף הוא שגדלי הסדקים ומיקומיהם ניתנים לכוונון. למשל, הצוות הראה כי כיווץ רוחב הסדקים אפשר למוליך הגלים להצר את האלומה, בעוד שהזזת מיקומי הסדקים משנה את כיוון האלומה.

קישור לכתבה ב YNET

קישור למחקר

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

מודל חדש שפותח באוניברסיטת תל אביב יאפשר לראשונה לבחון את הנזק הסביבתי שיוצר מיקרופלסטיק בתאי אדם, בצמחים, בבעלי חיים יבשתיים וימיים ובסביבה כולה. בעזרת הפיתוח הטכנולוגי הייחודי ניתן יהיה לייצר מיקרופלסטיק מהונדס בתנאי מעבדה המדמה בזמן יחסית קצר את הליך התפרקותו בסביבה.  

המחקר נערך בהובלת ד"ר אינס צוקר מבית הספר להנדסה מכנית ובית הספר פורטר ללימודי הסביבה באוניברסיטת תל אביב ובשיתוף החוקרים ד"ר עמית קומאר-סארקאר והדוקטורנט אנדריי איתן רובין. המחקר פורסם בכתבי העת היוקרתיים: : Science of the Total Environment ו-Environmental Science and Technology.

המיקרופלסטיק נמצא כמעט בכל מקום, בקופסאות האוכל ובתרופות שלנו, בגינה הציבורית, בצעצועים של הילדים, בבקבוקי שתיה, בבגדים, במחשבים, בטלפונים הניידים ועוד. החוקרים מסבירים שכיוון שהפלסטיק אינו חומר טבעי, הוא מתפרק לאט מאד בטבע בתהליך שנמשך לעתים אלפי שנים. במסגרת תהליך זה, הפלסטיק מתחלק לחלקיקים קטנים יותר ויותר בסקאלה מיקרונית ואף ננומטרית. הבעיה היא שלאורך התהליך, חלקיקי המיקרופלסטיק פוגשים חומרים אחרים טבעיים ולא טבעיים, ומתבלים באופן שונה, כך שבסופו של תהליך לכל אחד מהחלקיקים יש תכונות ומאפיינים שונים. כך למשל, פלסטיק שמתבלה באנטרקטיקה יהיה שונה מכזה שמתבלה במזרח התיכון ואילו פלסטיק שמשמש ליצירת כלים חד פעמיים יתפרק אחרת מפלסטיק שמשמש לאריזות. בליל המיקרופלסטיקים והעובדה שאין חלקיק אחד שזהה למשנהו מקשה מאוד על חוקרים רבים בעולם בקביעה באשר להשלכות הסביבתיות השונות.

בתמונה: מיקרופלסטיק

במסגרת הפיתוח החדש, החוקרים יצרו למעשה מיקרופלסטיק מהונדס שמדמה בצורה מואצת את הבלייה שעובר הפלסטיק בסביבה. הפלסטיק נטחן לחלקיקים גסים ולאחר מכן נחשף לסדרה של תהליכי פירוק בתנאי מעבדה כמו חשיפה לחום, לקרינה אולטרה סגולה, לפירוק מכאני אגרסיבי ועוד, עד שלבסוף מתקבלים מיליוני חלקיקי פלסטיק בגודל של כ-1 מיקרון, שהם זהים לגמרי בגודלם, בסוג הפלסטיק מהם מורכבים, בתכונות פני השטח שלהם, ובצורתם. 

"המטרה שלנו הייתה לייצר מיקרופלסטיק סביבתי בתנאי מעבדה ובטווחי זמן קצרים שיכול לשמש לאינספור מבחנים שיגידו לנו אחת ולתמיד האם – ובאיזה אופן – מיקרופלסטיק מסוכן לאדם ולסביבה" - אומרת ד"ר צוקר. "מדובר בשיטה שמהווה בסיס ליצירת הרבה סוגים של מיקרופלסטיק, בגילאים שונים ומחומרים שונים, כך שאפשר לבודד ולבחון את ההשפעה של פרמטרים שונים, כמו הגודל וסוג הפלסטיק. המטרה היא שחוקרים בישראל ובעולם שעוסקים בהשפעות השליליות של מיקרופלסטיק על הסביבה יוכלו לקבל מיקרופלסטיקים מהונדסים ונשלטים שהרבה יותר דומים למה שאנחנו רואים בסביבה מהמודלים הקיימים כיום".

ניסויי המשך ראשוניים שנעשו בתרביות תאים ע"י צוות המחקר, הראו כי מודל הפלסטיק שפותח במעבדה אכן רעיל יותר בטווח הריכוזים שנבדק מול מודל הכדוריות פלסטיק שנמצא בשימוש רחב היום. כבר בשלב זה, החוקרים עובדים על בחינה של המודל החדש בתאי אדם, בצמחים ובבעלי חיים ימיים ומקווים כי בקרוב הערפל סביב שאלת הרעילות של המיקרופלסטיק יוכל להתחיל להתפוגג.