NEWS

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}

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}