חדשות

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מציעים הסבר חדש ומפתיע לאנטומיה הייחודית של בית החזה של האדם הניאנדרטלי. את המחקר החדש ערכו הדוקטורנט מיקי בן-דור, פרופ' רן ברקאי ופרופ' אבי גופר מהחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בכתב העת היוקרתי American Journal of Physical Anthropology.

האדם הניאנדרטלי הוא סוג של אדם שהיה נפוץ באירופה ובמזרח התיכון, לרבות בארץ ישראל. הניאנדרטלים האחרונים נכחדו לפני כ-30-40 אלף שנה. "האדם הניאנדרטלי היה שונה מבחינה אנטומית מהאדם המודרני, ההומו ספיינס", מסביר הדוקטורנט מיקי בן-דור. "בין היתר, יש להם בית חזה שונה משלנו, שמתרחב בחלקו התחתון כמו פעמון. עד כה, התיאוריות המקובלות היו שבית החזה של הניאנדרטלים היה גדול כי הם היו כבדים מאתנו והיו צריכים לצוד חיות גדולות בקור האירופי של תקופת הקרח, ועל כן היו זקוקים לתפוקה גבוהה יותר של הריאות. אלא שהחלק הרחב של בית הצלעות לא נמצא כלל באזור הריאות, אלא באזור הכבד".

הכבד היה כבד יותר

לפי ההסבר החדש שמציעים החוקרים, המפתח להבנת האנטומיה של הניאנדרטלים נמצא בתזונה שלהם. "מאחר שמקורנו בקופים, שאכלו בעיקר תזונה צמחית, אנו בני האדם לא מסוגלים לעכל כמות בלתי מוגבלת של חלבון", אומר בן-דור. "הומו ספיינס מסוגלים לקבל מחלבון כשליש מהקלוריות הנחוצות להם ליום, בעוד שאר הקלוריות מגיעות ממקורות אחרים, בעיקר משומן וממזון צמחי. נאנדרתלים, בשל מימדי גופם וחייהם באקלים קר, נדרשו לאספקת קלוריות גבוהה מזו של בני אדם מודרניים, ולכן מגבלת עיכול החלבון היוותה עבורם אילוץ בעייתי ביותר".

לפי ההסבר החדש שמציעים החוקרים, הכבד של האדם הניאנדרטלי היה גדול משמעותית מהכבד שלנו, ההומו ספיינס, כדי לאפשר עיבוד מוגבר של חלבון לאנרגיה, היפותזה שיכולה להסביר את הצורה המיוחדת של בית החזה שלו. "הניאנדרטלים חיו באירופה בתקופות קרח בעידן הפלייסטוקן", אומר פרופ' רן ברקאי. "בעת ההיא קרח כיסה את האדמה לתקופות ארוכות. לניאנדרטלים היה קשה עד בלתי אפשרי להשיג מזון צמחי, כך שהם היו תלויים מאוד במזון מהחי, בעיקר מבעלי חיים גדולים, בדגש על ממותות. אך כמות השומן בכל זאת היתה מוגבלת, בזמן שכמויות בשר גדולות היו זמינות לניאנדרטלים. אנחנו טוענים שההתאמה של הניאנדרטל לסביבה שבה כמות החלבון הייתה גבוהה נועדה לאפשר צריכה גבוהה של חלבון מבשר כך שהכבד, הכליות ושלפוחית השתן גדלו, ואיתם גם בית החזה בחלקו התחתון. בעצם אנחנו טוענים שמדובר באדפטציה, הסתגלות אנטומית שנוצרה כתוצאה מלחץ סביבתי של מחסור בשומן ובפחמימות, וזמינות גבוהה יחסית של חלבון".

היתרון האבולוציוני לעיכול בשר הפך בהמשך לחיסרון

"יש פה חיבור של מספר גופי מידע קיימים ומוכרים על דיאטה, סביבה, אקלים ואנטומיה, חיבור שהניב הסבר חדש", מסביר פרופ' אבי גופר. "צריך לזכור שמוצא הניאנדרטלים באב משותף להם ולנו, שהתקיים ככל הנראה באפריקה. שם הדיאטה היתה מגוונת. באירופה הפרה-היסטורית הקרה המצב היה שונה מאוד. ואז, בתהליך של ברירה טבעית, לפרטים שנולדו עם יכולת פיזיולוגית טובה יותר לעכל בשר, כלומר פרטים עם כבד מוגדל, היה יתרון אבולוציוני. והם אלה שהיוו את הבסיס לשושלת הניאנדרטלית".

זה היה פתרון אבולוציוני מוצלח. עד שנכחדו לפני כ-30-40 אלף שנה, הניאנדרטלים שגשגו בין 200 ל-300 אלף שנה. אמנם הכחדותם אינו הנושא הראשי של המאמר, אבל החוקרים מציעים שיש קשר בין היכחדות הניאנדרטל להיכחדותם של בעלי החיים הגדולים, שהחלה לפני כ-50 אלף שנה. "אנחנו סבורים שהאדפטציה האנטומית שהצגנו, אדפטציה שהיתה מתאימה לסביבה עם זמינות גבוהה של חלבון ושומן מחיות גדולות, הפכה ללא מספקת עם היעלמותם של בעלי החיים הגדולים", אומר פרופ' ברקאי. "אז גם הכבד הגדול יחסית של הניאנדרטל, שהותאם לטפל בכמות גדולה של חלבון, לא הצליח לספק לו את רמת האנרגיה הדרושה כדי לשרוד".

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב חשפו חוקים שמכתיבים הורשה אפיגנטית, כלומר הורשה שלא דרך שינויים ברצף ה-DNA, לאורך הדורות. את המחקר, שהתפרסם בסוף השבוע בכתב העת החשוב Cell, הוביל ד"ר עודד רכבי מהמחלקה לנוירוביולוגיה בפקולטה למדעי החיים ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, יחד עם תלמידתו לאה חורי-זאבי.

"יצורים חיים מגיבים לסביבתם על ידי שינויים אפיגנטיים", מסביר ד"ר רכבי, "כלומר שינויים שאינם שינויים ברצפי ה-DNA עצמם. שלא כמו שינויים גנטיים, שהם שינויים קבועים, שינויים אפיגנטיים הם פלסטיים ודינמיים. כך, לדוגמא, בתגובה לאתגרים סביבתיים, מולקולות בשם small RNA יכולות לחסום ביטוי של גנים מסוימים ב-DNA עוד במהלך החיים של האורגניזם הבודד. רוב התגובות האפיגנטיות הללו נמחקות בתאי המין, בתהליך שנקרא תכנות מחדש (Reprograming). בגלל המחיקה הזאת של הזיכרון האפיגנטי, אימון שלנו בחדר הכושר היום לא יגרום לילדינו להיות חזקים יותר".

חמישים שנה לפני דרווין, ז'אן-בפטיסט לאמארק ניסח תיאורה של אבולוציה לפיה תגובות לסביבה יכולות לעבור מדור לדור, אבל כשל בזיהוי המנגנון, בין היתר כי התעלם מאותו תכנות מחדש בתאי המין. לאמארק סבר בטעות שלג'ירף יש צוואר ארוך מאחר שאבותיו מתחו את הצוואר כדי להגיע לעלים הגבוהים, מאמצים שנשאו פרי אצל הצאצאים שנולדו עם צוואר ארוך יותר. ולמרות שראייה פשטנית זו הוכחה כשגויה, גילויים חדשים בשנים האחרונות מצביעים על כך שהורשה אפיגנטית קיימת, והיא מתווכת על ידי העברת מולקולות מסוג small RNA מדור לדור.

מידע נרכש שעובר בתורשה

מעבדתו של ד"ר רכבי הוכיחה בעבר שתולעים מורישות לצאצאיהן מולקולות small RNA, אשר מכילות מידע לגבי סביבת ההורים וכך עוזרות בהישרדות הדור הבא. התולעים במעבדתו של ד"ר רכבי ירשו מידע לגבי הידבקות בווירוסים והמצב התזונתי של הוריהן. צוותו של ד"ר רכבי גם היה הראשון להראות שאנזימים ספציפיים, בשם RdRPs, מאפשרים העתקה והגברה של מולקולות ה-small RNA שעוברות מדור לדור, כך שהתגובה האפיגנטית אינה "נשכחת" במרוצת הדורות, אלא מתעוררת מחדש שוב ושוב בזכות האנזימים האלה.

עם זאת, עד היום לא היה ידוע למה רוב התגובות האפיגנטיות מורשות במספר מועט של דורות, בדרך כלל שלושה עד חמישה – צוואר הבקבוק של ההורשה האפיגנטית. ההנחה הייתה שהתגובות האפיגנטיות פשוט נהרסות עם הזמן, בתהליך של דילול. הנחה זו לא לקחה בחשבון את האפשרות שגם התהליך האפיגנטי מבוקר. באופן דומה, עד להכרת הקהילה המדעית בעבודתו פורצת הדרך של הנזיר גרגור מנדל בראשית המאה ה-20, אותו דילול של תכונות ההורים היה ההסבר המקובל, והשגוי, להורשה הגנטית. במחקרם החדש הדגימו ד"ר רכבי וצוותו שישנם חוקים המכתיבים אילו תגובות אפיגנטיות "ייזכרו" ואילו "יישכחו" על ידי הצאצאים – ולכמה דורות.

"גילינו תהליך אקטיבי, מנגנון הורשה אפיגנטי שאפשר להפעיל אותו ואפשר לכבות אותו", אומרת לאה חורי-זאבי, סטודנטית מהמעבדה של ד"ר רכבי ושותפה למחקר החדש. "אנחנו מתארים תהליך של היזון-חוזר בין מולקולות small RNA, שמווסתות את ביטוי הגנים ועוברות בתורשה, לבין אותם גנים שנדרשים כדי לייצר ולהעביר את ה-small RNA בין הדורות. ההיזון החוזר הזה קובע מתי זיכרון אפיגנטי יעבור בתורשה ומתי לא, ולכמה דורות. ברגע שבודדנו את הגנים הרלוונטיים, גנים שקראנו להם MOTEK genes, קיצור של MOdified Transgenerational Epigenetic Kinetics genes, אנחנו יכולים, למעשה, להתערב בקביעת משך ההורשה האפיגנטית".

לאפס את שעון העצר

החוקרים גילו שכאשר יוזמים בצורה מלאכותית תגובה אפיגטית מסוימת בתולעים, כלומר מבקרים את פעולתו של גן ספציפי, בעצם מאפסים את "שעון העצר" של מנגנון ההורשה האפיגנטית, כך שהתגובות האפיגנטיות המורשות אינן נשכחות כעבור שלושה עד חמישה דורות. על ידי הפעלה חוזרת ונשנית של המנגנון, ועל ידי הנדסה גנטית של קבוצת הגנים MOTEK, הצליחו החוקרים להכפיל את מספר הדורות שהושפעו מהתגובה האפיגנטית של הוריהם.

כעת צוותו של ד"ר רכבי מתכוון לבחון את מנגנוני ההורשה האפיגנטיים גם במינים אחרים. "יתכן שגם בקרב בני אדם חוקים דומים מווסתים הורשה אפיגנטית", מסביר ד"ר רכבי, "אבל ימים יגידו אם אלה בדיוק אותם מנגנונים שאנחנו זיהינו אצל התולעים. אם כן, פירושו של דבר בחינה מחדש של כל תהליך ההורשה. למשל, יכול להיות שאבחונים גנטיים של קבוצות סיכון למחלות שונות צריכים לכלול לא רק אנליזה גנומית, כלומר של רצפי ה-DNA, אלא גם אנליזה של מולקולות RNA מורשות. אלה יהיו חדשות טובות, כי כבר יש לנו רמזים מהמחקר הנוכחי על דרכים שבהן אפשר לבלום ולהמריץ הורשה אפיגנטית לאורך הדורות".

חוקרים באוניברסיטת תל אביב הנדסו לב ביוני בעל יכולות משופרות, הבנוי מתאי שריר לב, ביו-חומרים וננו-אלקטרוניקה, שמאפשר מעקב אונליין אחר הפעילות הלבבית, וכולל אלגוריתמים להתמודדות עם כשלים לבביים. מאחורי פריצת הדרך ההנדסית עומד צוות חוקרים בראשותו של ד"ר טל דביר מהמחלקות לביוטכנולוגיה, מדע והנדסת חומרים והמכון לננו-טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר פורץ הדרך התפרסמו בכתב העת היוקרתי Nature Materials.

מחלות לב הן גורם התמותה המוביל במדינות המערב, ומבין אלו אוטם שריר הלב הוא הנפוץ מכולן. התקף לב, או בשמו הרפואי: אוטם שריר הלב, קורה כשאחד מן העורקים הכליליים המזינים את הלב נחסם, ועקב כך חמצן לא מגיע לרקמת שריר הלב. תאי השריר המתים יוצרים רקמה צלקתית שלא מסוגלת עוד להתכווץ ולשלוח דם וחמצן אל שאר הגוף.

"הסטטיסטיקה אומרת ש-50% מאלה שעברו התקף לב חמור ימותו תוך 5 שנים מההתקף", אומר ד"ר טל דביר. "מה שאנחנו מנסים לעשות במעבדה שלנו זה לייצר תחליפי רקמות לאיברים פנימיים בכלל, ובפרט להנדס את רקמת שריר הלב. כיום, אם מישהו עובר התקף לב חמור, אין יותר מידי מה לעשות מלבד להשתיל בו לב חדש. מאחר שיש מחסור בתורמים, אנחנו במעבדה שלנו מנסים להנדס פתרונות חדשים ולבנות רקמות חדשות".

רקמה אנושית אחת חיה

ככלל, רקמות מורכבות מתאים ומהחומר החוץ-תאי, שמקשר בין התאים מבחינה כימית, מכנית וחשמלית. "בעצם, החומר החוץ-תאי הוא זה שהופך אוסף של תאים לרקמה מתפקדת", מסביר ד"ר דביר. "אנחנו במעבדה מנסים לשחזר את אותו חומר חוץ-תאי בצורה סינתטית. אנחנו לומדים את התכונות השונות של הרקמה הביולוגית, ואז פועלים בשיטה של הנדסה הפוכה. אנחנו לא סתם מהנדסים ביו-חומרים, אנחנו בודקים איך תאים שאנחנו זורעים על אותו ביו-חומר מתארגנים מחדש לידי רקמה: איך הם מתכווצים, איך הם מעבירים סיגנלים חשמליים וכך הלאה".

אלא שבהנדסת רקמת שריר לב מפולימרים סינתטיים יש כמה בעיות. אחת מהן היא המערכת החיסונית של החולה, שעלולה לדחות את ההשתלה. הפתרון שד"ר דביר ועמיתיו מצאו הוא להשתמש בביו-חומרים מהחולה עצמו. "מטבע הדברים, אין משהו מותאם יותר לחולה מאשר החומרים שלו עצמו. במקום ליצור אותם בצורה סינתטית, בעבר הצלחנו ליצור טלאי לב המבוססים על ביו-חומרים ותאי גזע המגיעים מהחולה. כך באפשרותנו לצור טלאי שריר לב עצמי לחלוטין".

מעקב אונליין אחר פעילות הלב

הפיתוח האחרון, והשאפתני ביותר, של ד"ר דביר והדוקטורנט רון פיינר הוא שילוב של רכיבים אלקטרוניים ברקמות המהונדסות. "הרעיון הוא לערוך מעקב אונליין אחר פעילות הלב בעזרת הננו-אלקטרוניקה, וכשצריך, לקצוב את פעילות הרקמה המהונדסת, ואפילו לשחרר תרופות בלחיצת כפתור בעזרת פולימרים מיוחדים שפיתחנו", אומר ד"ר דביר. "למשל, אם הרקמה מאותתת שיש דלקת, ניתן לשחרר תרופה אנטי-דלקתית. אם הרקמה מדווחת שקיים מחסור בחמצן, אנחנו יכולים לשחרר ביו-פקטורים שמושכים תאי גזע לבניית כלי דם נוספים. כל זה בזמן אמת. יושב לו החולה בבית ולא מרגיש טוב. הרופא מקבל ביפר, נכנס למחשב ורואה את מצב הלב. משם הוא מחליט על טיפול מרחוק.

רגולוציה עצמית במקום רופא צמוד

"למעשה, לאחר ההשתלה אנחנו כבר לא ממש צריכים את הרופא, כי הלב הביוני עושה רגולציה לעצמו. ניתן לכתוב לו תוכנה, קוד, שמורה לו כיצד לנהוג. לדוגמא, כאשר הרקמה המהונדסת מרגישה פחות משישים התכווצויות בדקה - היא מספקת את הסיגנל להתכווץ בתדירות הרצויה. לא צריך לחכות לרופא. הפיתוח הזה הוא פריצת דרך. כי עד עכשיו רקמות מלאכותיות כאלו, בכל תחום הנדסת הרקמות, לא היו מסוגלות לרגולציה עצמית. פה אנחנו מדברים על רקמה סייבורגית: שילוב של אלמנטים חיים ומכונה. זה משהו חי, לב ביוני. בשלב הבא ננסה את הטכנולוגיה שפיתחנו על בעלי חיים, כאשר המטרה היא להגיע לניסויים קליניים. כרגע התחלנו לעבוד במעבדה על הפרויקט השאפתני הבא: שימוש במדפסת תלת ממדית להדפסת לב ביוני שלם, הכולל עליות, חדרים, שסתומים וכלי דם. וגם אלקטרוניקה, כמובן".