אנא סובבו את הטלפון שלכם.
הפרסים לחוקרים צעירים ומצטיינים יוענקו השנה לשש חוקרות וארבעה חוקרים במגוון תחומים, מתכנון מולקולות אורגניות ועד חקר הזדקנות, ומתובנות ממושבות על חלוקת תאים ועד פיתוח אנטנות מתקדמות.
אלימות של פטריות
מבחינת רוב האנשים, המשמעות הרפואית של "פטריה" היא גירוד מציק, שיכול להיות לא נעים, אבל לא מסוכן. אבל לחלקנו, ובמיוחד לאנשים בעלי מערכת חיסון מוחלשת, זיהומים פטרייתיים עלולים להיות מסוכנים הרבה יותר – ובשנים האחרונות יש עלייה תלולה במספר האנשים שמתים מזיהומים כאלו. כולנו שואפים לקרבנו נבגים של פטריות בכל נשימה, ובדרך כלל מערכת החיסון מתמודדת איתם היטב. כשהיא לא מסוגלת לעשות זאת, התוצאה עלולה להיות זיהום פטרייתי בריאות, ולעיתים באיברים נוספים, שבמקרים רבים הופך להיות קטלני. לעיתים, גם כשמערכת החיסון מתפקדת היא מתקשה להתמודד עם פטריות, במיוחד אם הנבגים שלהן חודרים בפציעות לאיברים פנימיים, כמו שקרה גם לכמה חיילי צה"ל שנפצעו במלחמה רצועת עזה. המספרים מבהילים ממש: בשנים האחרונות מתים לפחות 2.5 מיליון בני אדם בשנה מזיהומים פטרייתים, וייתכן שהמספר האמיתי קרוב יותר ל-4 מיליון. לאלה אפשר להוסיף פגיעות בלתי הפיכות אחרות, כמו עיוורון שעלול להיגרם מזיהום פטרייתי של קרנית העין.
למרות החשיבות הגוברת של פטריות כגורמות מחלות מסוכנות, ארגז הכלים של הרפואה דל מאוד בתרופות יעילות נגדן. הפטריות, בשונה מחיידקים או מנגיפים, הן אורגניזמים אאוקריוטים, שמורכבים מתאים בעלי גרעין, כמו התאים שלנו – והם אומנם דומים לתאים שלנו הרבה יותר מאשר החיידקים. לכן קשה יותר לפתח חומרי שיפגעו בתאי הפטריה בלי לפגוע בתאים שלנו. במעבדות רבות ברחבי העולם מנסים לפתח תרופות וטיפולים שיתמודדו עם הבעיה, או לזהות מנגנונים של הפטריה שיוכלו להיות אתרי מטרה לטיפולים כאלה. את אחת הקבוצות שעושות זאת מובילה ד"ר נטע שלזינגר, מבית הספר לרפואה וטרינרית באוניברסיטה העברית בירושלים. שלזינגר הוכרזה השבוע כאחת משש מדעניות וארבעה מדענים שיקבלו השנה את פרס קְרִיל, הפרס שמעניקה קרן וולף כל שנה לחוקרים צעירים ומבטיחים על הצטיינות במחקר.
"כמה מהשאלות הגדולות שאנו עוסקים בהן נוגעים במנגנונים של הפטריות עצמן, שאם נבין אותם היטב יהיה אפשר להשתמש בהם כבסיס לטיפולים או תרופות", אמרה שלזינגר לאתר מכון דוידסון. "למשל, אנו מנסים להבין מה גורם לפטריות להפוך לאלימות, ומדוע במצבים מסוימים הן מצליחות להתיישב בגוף, ובאחרים – לא".
שאלה נוספת שהקבוצה של שלזינגר עוסקת בה, היא אם אפשר לגרום לפטריות להתאבד. תאים רבים מפעילים מנגנון של מוות תאי מתוכנן כשהם מסיימים את תפקידם ותפקודם, כדי לאפשר לגוף למחזר את מרכיביהם. כבר כשהייתה תלמידה לדוקטורט באוניברסיטת תל אביב, וחקרה פטריות הפוגעות בצמחים, גילתה שלזינגר חלבון "אנטי מוות", של פטריית העובש Aspergillus fumigatus, שאחראית גם לחלק ניכר מהתמותה של בני אדם מזיהומים פטרייתיים. החלבון מגן עליה מפני מערכת החיסון של הפונדקאי, שמנסה לגרום למוות מתוכנן של תאי הפטרייה. החוקרים בדקו אם תרופה שפוגעת בתפקוד החלבון ואכן גורמת למוות מוגבר של תאי הפטריה, ומצאו כי עכברים שהודבקו בפטריה וטופלו בתרופה – התאוששו במהירות לאחר שמערכת החיסון שלהם התגברה על הזיהום. "התרופה שבדקנו היא תרופה שכבר מאושרת לשימוש בבני אדם, לטיפול בסרטן, לכן אולי יהיה קל יותר להתקדם איתה ולקבל אישור לשימוש בה גם לזיהומים פטרייתיים", הסבירה שלזינגר. "אנו בודקים גם אם שילובים עם תרופות אחרות מייעלים את הטיפול, ומקווים שחברת תרופות תנסה לקדם את המחקר הקליני באפיק הזה".
שלזינגר עשתה את הדוקטורט באוניברסיטת תל אביב אחרי תואר ראשון ושני שם, והתמקדה במקור בפטריות שמזיקות לצמחים. משם המשיכה להשתלמות בבית החולים סלואן קטרינג בניו יורק, המתמחה בחולי סרטן, שהם אחת האוכלוסיות המועדות לזיהומים פטרייתיים, וב-2019 הקימה את המעבדה באוניברסיטה העברית. כיום המחקר שלה מתמקד בנגיפים שחיים בתוך פטריות. "תחילה חשבנו שהנגיף יכול לשמש טיפול נגד הפטריה, כמו שבקטריופאג'ים – נגיפים שתוקפים חיידקים – משמשים בטיפול אנטיביוטי", סיפרה שלזינגר. "אבל גילינו משהו הפוך: הנגיפים חיים בסימביוזה עם הפטריה, מחזקים אותה ומגבירים את אלימותה. כשקיבלנו מרופאים מאות דגימות של פטריות Aspergillus fumigatus מגופם של חולים, הופתענו לגלות שכמעט שליש מהדגימות הכילו גם נגיפי RNA שחיים בתוך תאי הפטריה, ולמעשה אין להם שלב חוץ-תאי. עכשיו אנו מנסים להבין איך הפטריה מווסתת את ההתרבות של הנגיף בתוכה, כדי שלא יפגע בה, ואם נוכל לשבש את המנגנון הזה, או לפגוע בנגיף עצמו, אולי נצליח לפגוע בפטריה או להפחית את האלימות שלה".
"לקבל פרס על העבודה הזו זה מביך, אבל גם משמח ומרגש", מודה שלזינגר. "אני בעיקר שמחה שהמחקר עצמו מעורר עניין".
שרת הטבעות
"בדרך כלל, כשחושבים על מוליכות חשמלית חושבים על מתכות, אבל המחקר שלנו מתמקד במולקולות אורגניות שמוליכות חשמל. אלה מולקולות שמורכבות מכמה טבעות של אטומי פחמן, ומתפקדות כמוליכים למחצה. יש להן שימושים רבים באלקטרוניקה, למשל בצגי OLED של טלפונים חכמים, וגם בתחומים רבים נוספים", הסבירה ד"ר רננה גרשוני-פורן מהטכניון. "אנחנו חוקרים את הקשר בין המבנה של מולקולות כאלה לפעילות שלהן, ומקווים שהידע והכלים שאנו מפתחים יאפשרו לנו למצוא חומרים שימושיים חדשים".
גרשוני-פורן למדה לתואר ראשון ולתואר שני בכימיה בטכניון, והמשיכה שם גם לדוקטורט בכימיה חישובית. לאחר מכן יצאה לפוסט-דוקטורט במכון הטכנולוגי ETH בציריך, והמשיכה לעבוד שם כמנהלת מעבדה, שניהלה קבוצת מחקר משלה בתוך מעבדה גדולה יותר. ב-2021 העבירה את המעבדה שלה לטכניון, שם היא ממשיכה לעסוק בכימיה חישובית, כלומר להשתמש בכלים חישוביים כדי לפענח תכונות של מולקולות מסוימות, וגם לתכנן חומרים חדשים ולחזות את תכונותיהם.
במסגרת עבודתם עושים גרשוני-פורן ועמיתיה שימוש נרחב בבינה מלאכותית, בשיתוף עם קבוצת המחקר של פרופ' אלכס ברונשטיין מהפקולטה למדעי המחשב בטכניון. אחת מגולות הכותרת בעבודה הזו היה מאמר שבו הציגה הקבוצה את מערכת הבינה המלאכותית לתכנון מולקולות המכונה GaUDI, מעין קיצור של Guided Diffusion ומחווה לאדריכל המפורסם. "המאמר מסכם חמש שנות עבודה על יותר מחצי מיליון מולקולות, שבהן המצאנו מחדש שיטות כיצד להציג למחשב מולקולות ואת התכונות שלהן", אמרה גרשוני-פורן לאתר מכון דוידסון. "יש פה גישור בין תחום מאוד בסיסי, של מולקולות ארומטיות [מולקולות שמכילות טבעות, א.נ], לממשק עם הטכנולוגיות הכי חדשניות ופורצות דרך, וזה מספק ומרגש מאוד".
המולקולות שגרשוני-פורן חוקרת חשובות לא רק באלקטרוניקה, אלא במגוון רחב של תחומים, משימוש כזרזים בתהליכים כימיים מעבדתיים ותעשייתיים, ועד תחומי האנרגיה. חלקן גם נחשבות לחומרים מזהמים ומסרטנים, ולפיתוח חלופות ידידותיות ובטיחותיות יותר יכולה להיות חשיבות עצומה. "בשלבים הבאים אנו רוצים להיות מסוגלים לתכנן בשיטות שפיתחנו מולקולות שמעניינות אותנו, ובהמשך לפתח יכולת לא רק לחזות את התכונות של מולקולה עצמה, כמו מוליכות חשמלית, אלא גם תכונות של הגבישים, למשל המסיסות שלהם, מה שמשפיע על היכולת להשתמש בהם במעבדה או בתעשייה".
"ההודעה על הענקת פרס קריל הייתה רגע מרגש מאוד. זה כבוד גדול, ובעיקר הכרה מאוד כיפית בעשייה של כל הקבוצה לאורך שנים", סיכמה גרשוני-פורן. "זו הרגשה נהדרת שרואים את הערך והחשיבות של מה שאנחנו עושים".
מתמטיקה של רקמות
איך אלפי או מיליוני תאים יודעים להתארגן יחד לבניית רקמה תלת-ממדית מורכבת? מדוע תאים מסוימים מגיבים לטיפול תרופתי ואחרים לא? אילו שינויים עוברים על אוכלוסיות תאים בתהליך ההתמיינות, שבו תאי אב הופכים לתאים מסוג מסוים, כמו תאי עור או שריר? על השאלות האלה ורבות נוספות מנסים לענות במעבדה של ד"ר מור ניצן באוניברסיטה העברית בירושלים, באמצעות מחקר רב תחומי המשלב מדעי המחשב, פיזיקה וביולוגיה. "אנו מנסים להבין את התהליכים שמשפיעים על התנהגות קולקטיבית במערכות ביולוגיות", הסבירה ניצן בשיחה עם אתר מכון דוידסון. "אנו מנסים להבין מהם המנגנונים שמובילים להתארגנות ספונטנית של תאים במבנים תלת-ממדיים מורכבים, או את סוג החישובים שתאים יכולים לבצע בסביבה". בעזרת החישובים האלו התאים יכולים "להחליט" מתי להתמיין, לאן לנדוד ועוד.
כדי לעשות זאת, ניצן ועמיתיה מפתחים מגוון כלים ומנתחים נתונים ביולוגיים שנאספו ממעבדות בכל העולם. כך למשל הם יכולים לאסוף מידע ממאגרים ביולוגיים על רמות הביטוי של גנים מסוימים בתאים – כלומר כמות ה-RNA או החלבון שתא מייצר על פי ההוראות הכתובות בגנים הללו – ולשחזר חישובית איך הרמות האלה משתנות בכל תא לאורך זמן, או בתגובה לשינויים סביבתיים או לחומר מסוים. "בעזרת למידת מכונה, אופטימיזציה, מידול מתמטי ושיטות נוספות, אנו מפתחים כלים שמאפשרים לנו לקחת מידע מתא יחיד, ולשחזר מבנה של רקמה שהתאים האלה מרכיבים", אמרה ניצן. "זה גם מאפשר לנו לחזות תהליכים שיקרו – למשל לשאול איך תאים מסוימים ברקמה יגיבו לתרופה מסוימת".
את כל המסלול המדעי שלה עשתה ניצן על קו התפר המחבר בין מדעים מדויקים לביולוגיה. את התואר הראשון באוניברסיטה העברית עשתה בפיזיקה עם חטיבות במתמטיקה ובקוגניציה, את התואר השני בפיזיקה וביולוגיה חישובית באותה אוניברסיטה, ושם גם המשיכה לדוקטורט שבו חקרה קשרים בין מבנה לדינמיקה במערכות ביולוגיות מורכבות, בעיקר רשתות בקרה גנטית. במסגרת הפוסט דוקטורט עבדה בין השאר במכון ברוד ובאוניברסיטת הרווארד בארצות הברית, וב-2020 הקימה את המעבדה בבית הספר למדעי המחשב, עם שיוך למכון רקח לפיזיקה ולפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית. "יש אצלנו סטודנטים שבאים מכל תחומי הידע, והעבודה המשותפת של אנשים מתחומים שונים, עם צורות חשיבה שונות ויצירתיות, יוצרת עבודות שאי אפשר היה לעשות בשום תחום בנפרד, ותורמת הרבה למחקר שלנו", היא הדגישה.
אחד ההישגים החשובים במעבדה של ניצן בשנים האחרונות היה להראות כי אפשר לפענח שכבות של מידע סבוך שתאים מקודדים במקביל: מידע שקשור למבנה המרחבי של הרקמה, לצד מידע שקשור לשינויים כימיים בסביבתם, וגם מידע שקשור לתהליכי התמיינות, כמו גם תהליכים נוספים. "פיתחנו שיטות להפריד בין התהליכים ולחקור כל אחד בנפרד, כדי לחזות התנהגות של תאים, אינטראקציות ביניהם, ואיך כל אלו עלולים להשתנות במצבי מחלה". השיטות שניצן ועמיתיה מפתחים מתבססות על מידול הסתברותי, למידת מכונה, ושיטות שמאפשרות להפריד בין תהליכים ביולוגיים על סמך זיהוי של חתימות מתמטיות של טופולוגיות שונות שמאפיינות אותם. הם משתמשים לצורך כך במידע הביולוגי שנאסף על תאים ברקמות שונות, במצבים פיזיולוגיים שונים, ובמצבי בריאות ומחלה.
תחום מחקר מקביל מתמקד בחקר גורמים פיזיקליים ששולטים על התנהגות של מערכות ביולוגיות. "זה מאפשר לנו לנסח משוואות של תהליכים שמתרחשים במערכות ביולוגיות, כמו התנהגות דינמית של תאים, ולפתח מודלים למה שקורה בתאים בגידול סרטני למשל, או בתהליכי התפתחות עוברית".
בינה מלאכותית, הזדקנות ותקשורת
פרס קריל הוא הפרס שמעניקה קרן וולף לחוקרים צעירים ומבטיחים מעזבונו של התעשיין הציוני אברהם הירש קריל שלנגר (2007-1912). הפרס, בסך 10,000 דולר לחוקר, מוענק מאז שנת 2005. את הזוכים בוחרת ועדה משותפת לקרן וולף ולאוניברסיטאות המחקר בישראל.
רשימת הזוכים השנה כוללת גם את ד"ר יואב ליבנה מהמחלקה למדעי המוח במכון ויצמן למדע, החוקר את פעילות האינסולה – אזור במוח שממלא תפקיד מרכזי באופן שבו המוח מפרש את תפקודי הגוף, כמו רעב, עייפות, חרדה ועוד. מחקריו מסייעים להבין כיצד פגיעה בתפקוד המנגנונים העצביים של האינסולה מעורבת בהתפתחות מחלות נפש, הפרעות אכילה, דיכאון ועוד.
ד"ר יניב רומנו מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים בטכניון יקבל את הפרס על מחקריו העוסקים בפיתוח כלים סטטיסטיים לשיפור הביצועים של מערכות למידה ממוחשבות, המשמשות במגוון רחב של תחומים, מנהיגה אוטונומית ועד חקר היעילות של טיפולים רפואיים.
ד"ר איתמר הראל, גנטיקאי מהפקולטה למתמטיקה ומדעי הטבע באוניברסיטה העברית, יקבל את הפרס על מחקריו בתחום ההזדקנות. הראל פיתח את השימוש בדגי הקילי כחיית מודל למחקר גנטי, וגילה שיטה מולקולרית להאריך ב-20 אחוז את חייהם של הדגים הזכרים. מחקר נוסף שלו מהעת האחרונה שפך אור על הקשר המורכב בין רבייה לתוחלת חיים.
ד"ר הילה פלג מהפקולטה למדעי המחשב בטכניון חוקרת בין השאר ממשק אדם-מכונה, ומקבלת את הפרס על פיתוח כלים שמייעלים את מלאכת כתיבת התוכנה, מאפשרים למתכנתים להתמודד טוב יותר עם הבעיות שעליהן אמורה התוכנה לענות ומשפרים את אמינות המוצר.
ד"ר רעיה סורקין מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים באוניברסיטת תל אביב מקבלת את הפרס על מחקרים שבוחנים כיצד תכונות של הקרום העוטף תאים חיים, כמו מתח הפנים והעקמומיות, משפיעים על התפקוד של חלבונים בקרום. החלבונים הללו אחראים לשורה ארוכה של תהליכים, מתקשורת עם תאים אחרים ועד חדירת נגיפים לתא. מעבדתה גם הובילה את פענוח מגנון הפעולה של מיגרוזומים – אברונים המעבירים חומרים בין תאים וממלאים תפקיד חשוב בתקשורת ביניהם.
ד"ר חיה קלר מהפקולטה למדעי המחשב באוניברסיטת אריאל מקבלת את הפרס על תרומות משמעותיות בתחום הגיאומטריה הבדידה והחישובית.
ד"ר ניר שלזינגר מבית הספר להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת בן גוריון בנגב יקבל את פרס קריל השנה על מחקריו העוסקים בלמידת מכונה, בעיבוד אותות, בתקשורת ובתורת המידע. עבודותיו הובילו ליישומים מעשיים במערכות תקשורת מכ"ם ובפיתוח אנטנות חדישות ויעילות.
"היום, יותר מתמיד, קיימת חשיבות עצומה לטפח ולשמר חוקרים צעירים המוגדרים ככוכבים בתחומם, ולמנוע ככל שניתן את בריחת המוחות למוסדות מחקר בחו"ל", אמרה מנכ"לית קרן וולף, רעות ינון-ברמן. "הכתרתם כנבחרת החוקרים המבטיחים מהווה השקעה ישירה בפעילותם המדעית כפורצי דרך, ובביסוס והעצמת מסלול התפתחותם האקדמי".
מאת: איתי נבו
באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
https://davidson.weizmann.ac.il/
