חדשות

האם פיתוח טכנולוגי חדש של חוקרי אוניברסיטת תל אביב צפוי לשנות בקרוב את האופן שבו אנו צורכים מוצרי חלב? יוזמי הפיתוח מעריכים שבעתיד הלא רחוק, נוכל לקנות בסופר מוצרי חלב שיהיו זהים בטעם ובצבע למוצרי החלב הרגילים שאנחנו צורכים, אבל  בהבדל אחד קטן: מוצרי החלב הללו יופקו משמרים ולא מחלב פרה. מאחורי הפיתוח עומד פרופ' תמיר טולר מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, שהקים ביחד עם יזם הפודטק ד"ר אייל אפרגן את חברת הסטארט אפ 'אימג'נדיירי' ("חלב דמיוני"), אשר מנסה לעשות את הבלתי אפשרי: להפיק חלב פרה משמרים.

שומרים על הסביבה ומונעים פגיעה בבעליי חיים

בשנים האחרונות, עם המודעות לנזק הסביבתי, הבריאותי והמוסרי של תעשיית החלב, חברות ביו-טכנולוגיה בכל העולם מחפשות אחר תחליפי חלב. חברת 'אימג'נדיירי' זיהתה את הפוטנציאל בשימוש של פיתוח חלבונים לתעשיית המזון, ובעזרת החיבור לאוניברסיטת תל אביב ולחברת רמות (חברת מסחור הטכנולוגיות של אוניברסיטת תל אביב), פועלת לפיתוח ולייצור חלבוני חלב, שזהים לחלבוני החלב שכולנו מכירים, בשאיפה לשחרר את תעשיית החלב מהתלות בבעלי חיים.

"המטרה של 'אימג'נדיירי' היא לייצר חלב מתורבת, שישמר את כל הערכים התזונתיים החשובים של חלב מן החי, עם אותו הטעם, הריח והמרקם המוכרים לכולנו, אך ללא הסבל שנגרם לפרות וללא ההרס הסביבתי", מסביר פרופ' טולר. למעשה, החלב והגבינות של 'אימג'נדיירי' יהיו בריאים בהרבה ממוצרי חלב מן החי, שכן הם לא יכילו כולסטרול, לקטוז או תאים סומטיים.

"הסטארטאפ שלנו כולל גם מהנדסי מזון ומומחי מזון מחברת שטראוס", מספר פרופ' טולר, "ובימים אלה הם מנסים לייצר גבינה מחלבוני החלב שבשמרים. מדובר בתהליך ממושך של שיפור התפוקה והטעם, וכמובן גם המחיר. צריך להבין שלא מדובר בתחליפי חלב כמו שקדים וסויה. בסופו של דבר אנחנו שואפים להגיע למוצרי חלב, שיהיו זהים למוצרים מן החי".

"הטכנולוגיה פורצת הדרך של פרופ' טולר יכולה לחולל שינוי משמעותי בתעשיית החלב כפי שאנו מכירים כיום", אומרת קרן פרימור כהן, מנכ"לית רמות.

ליצור חלבון באמצעות תהליך ביטוי גנים

המעבדה של פרופ' טולר מתמחה מזה כעשור במידול ביטוי גנים, בין היתר על ידי שימוש בסימולציות של תהליכים תוך-תאיים, במידול חישובי של אבולוציה מולקולרית ובאלגוריתמים ייעודיים. בין השאר, המודלים האלה משמשים כדי לייעל ולהוזיל את התפוקה של חלבונים הטרולוגיים (חלבונים שהמקור שלהם מאורגניזם אחר). הטכנולוגיה של פרופ' טולר נוסתה בעבר בהצלחה באורגניזמים שונים כגון שמרים, חיידקים, מיקרו-אצות ואפילו בווירוסים, לפתרון בעיות שונות כגון יצירה של חיסונים, נוגדנים, ביו-סנסורים ואנרגיה ירוקה.

"הגנום של כל יצור חי מכיל גנים, שמקודדים את ה'מתכון' של החלבונים, כלומר את רצף חומצות האמינו שלו. אבל הוא גם מכיל אינפורמציה שמקודדת את התהליך המורכב שנקרא 'ביטוי גנים', כלומר העיתוי וקצב הייצור של החלבונים", מסביר פרופ' טולר. "ביטוי גנים זה הוא בעצם תהליך, הכולל את המעבר מרצף דנ"א 'דומם' לחלבונים, שהם 'מהות החיים' עצמם ומהווים רכיב מרכזי בכל דבר חי שאנחנו מכירים, החל בבני אדם, דרך וירוס הקורונה ועד לחלב פרה. כבר הרבה שנים חברות ביוטכנולוגיה רותמות את התהליך על מנת לייצר חלבונים בצורה זולה, כשהרעיון הוא לקחת גן מיצור אחד ולשתול אותו בגנום של יצור אחר, כדי שהוא ישמש כ'מפעל' לייצור החלבון שמקודד בגן הזה. הטכנולוגיה הזו משמשת הרבה שנים לייצור תרופות, חיסונים, אנרגיה וגם משמשת את תעשיית המזון".

השמרים כבית חרושת לחלבון חלב

"תיאורטית, ניתן להגיע למצב שבו לא ניתן להבדיל בין חלב מפרה לחלב משמר. אבל בשביל שזה יתבצע בצורה כלכלית, צריך לגרום לתאי השמר להפוך לבתי חרושת לחלבוני החלב", מרחיב פרופ' טולר. "למרות שאנחנו יודעים מהם הגנים שמקודדים את החלבונים לחלב בפרה, אם ניקח גן כזה מפרה - הקודים של ביטוי גנים שמקודדים בו יהיו כתובים ב'שפה' של תאי הפרה. לכן האתגר הוא לכתוב מחדש את הגן עם קודים שמתאימים לשמר. זה יאפשר לייצר את חלבוני החלב בצורה נכונה, זולה ויעילה ב'מפעל' שהוא תא השמר".

"בעזרת המודלים שפיתחנו במעבדה, אנחנו מאמינים שתוך זמן לא רב נצליח לגרום לשמר לייצר חלבוני חלב בצורה יעילה, שתאפשר גם ייצור תעשייתי, זול ואיכותי. כבר היו ניסיונות להפיק חלב ממיקרופלורה, אבל כדי שבאמת נחולל שינוי, צריך להגיע למצב שבו השמרים מפיקים חלב במחיר שמתחרה בתעשיית החלב. אני מאמין שאנחנו בדרך הנכונה, ובעוד זמן לא רב נוכל להכין לנו בבית טוסטים מגבינה צהובה, שהופקה משמרים ולא מחלב פרה".

^{שמרים. יחליפו את הפרה בייצור חלב?}

מובילי המחקר הם פרופ' קרן אברהם ושחר טייבר, דוקטורנט במסלול המשולב לרפואה ומחקר (MD-PhD), מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של האדם וביוכימיה, בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. כמו כן, השתתפו במחקר פרופ׳ דוד שפרינצק מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז של אוניברסיטת תל אביב, ופרופ׳ ג׳פרי הולט מבית החולים לילדים בבוסטון ומבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד. המחקר פורסם בכתב העת EMBO Molecular Medicine.

פריצת דרך מחשבתית

"במחקר זה התמקדנו בחירשות גנטית הנובעת ממוטציה בגן SYNE4 – חירשות נדירה שהתגלתה לפני כמה שנים במעבדתנו בקרב שתי משפחות בישראל, ומאז אובחנה גם בטורקיה ובאנגליה." מסבירה פרופ' אברהם. "ילדים שיורשים את הגן הפגום משני הוריהם נולדים עם שמיעה תקינה, אך שמיעתם הולכת ומידרדרת במהלך הילדות. הסיבה לכך היא שהמוטציה גורמת לשינוי במיקום הגרעין ולמוות של תאי השערה בשבלול שבאוזן הפנימית, האחראיים לקליטת גלי הקול".

"עבדנו עם טכנולוגיה חדשנית מתחום הטיפולים הגנטיים: ייצרנו נגיף מלאכותי, שאינו גורם למחלה, והחדרנו לתוכו חומר גנטי – גרסה תקינה של הגן שפגוע במשפחות ובעכברים," מספר שחר טייבר. "הזרקנו את הנגיף לתוך האוזן הפנימית של העכברים, כך שתאי השערה נדבקו בנגיף וקלטו את החומר הגנטי שהחדרנו לו. "הדבקה" זו למעשה מתקנת את התא הפגום ומאפשרת לתאי השערה להמשיך לתפקד בצורה תקינה".

הטיפול ניתן בסמוך ללידה, לאחר מכן החוקרים בחנו את שמיעתם של העכברים באמצעות מבחנים פיזיולוגיים והתנהגותיים. העכברים המטופלים פיתחו שמיעה תקינה, כמעט זהה לזו של עכברים רגילים ללא מוטציה. לאור הצלחת המחקר, מפתחים כעת החוקרים טיפולים דומים למוטציות נוספות שגורמות לחירשות.

פרופ׳ בני נגריס, מנהל המחלקה לרפואת אף־אוזן־גרון במרכז הרפואי מאיר וראש החוג לרפואת אף־אוזן־גרון בפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל אביב, אשר לא היה מעורב בפרויקט, הגיב למחקר: ״בניגוד לטיפולים המקובלים לשיפור השמיעה היום, כדוגמת מכשירי שמיעה ושתל השבלול, אשר ניתנים לאחר שהנזק כבר התהווה ומשיגים שיפור חלקי בלבד, פרופ׳ אברהם מציגה שיטה חדשנית ויעילה לטיפול בליקויי שמיעה עוד בטרם נגרם הנזק. הגישה הטיפולית שהוצגה במחקר היא פריצת דרך מחשבתית, ׳שובר שוויון׳ בטיפול בחירשות״.

המחקר נתמך בעיקר ע״י הקרן הדו-לאומית למדע ישראל-ארה״ב (BSF), המכונים הלאומיים לבריאות (NIH), מועצת המחקר האירופאית (ERC), והתכנית למחקר ברפואה ממוקדת אישית של הקרן הלאומית למדע.

המחקר נערך בהובלת צוות חוקרים בינלאומי, בהשתתפות פרופ' שמואל מרקו, ראש בית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב, ועמיתיו החוקרים מבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ: ד"ר ין לו, פרופ׳ אמוץ עגנון, ד"ר ניקולס ולדמן, ד"ר נדב ווצלר וד"ר גלן ביאסי. תוצאות המחקר פורץ הדרך פורסמו בכתב העת היוקרתי Science Advances.

במסגרת המחקר צוות החוקרים הסתייע בארגון בינלאומי שנקרא ICDP, שמבצע קידוחי עומק באגמים בכל רחבי העולם, במטרה לחקור את האקלים הקדום של כדור הארץ ושינויים אחרים שקרו בסביבה. ב-2010 הוצבה האסדה במרכז ים המלח והחלה לקדוח בקרקעית, לעומק של מאות מטרים, המאפשרים ניתוח של כ-220,000 שנות גיאולוגיה של ים המלח – הרקורד הארוך מסוגו בעולם.

עונות השנה בשכבות

לדבריו של פרופ' מרקו, כיוון שים המלח הוא המקום הנמוך בכדור הארץ, מדי חורף, מי השיטפונות שזורמים לים המלח נושאים עמם סחף, שמצטבר בקרקעית האגם לשכבות שונות. שכבה כהה בת כמילימטר המייצגת את סחף החורף ושכבה בהירה בת כמילימטר שמייצגת את האידוי המוגבר של המים במשך הקיץ, כאשר כל שתי שכבות כאלו מייצגות שנה אחרת.

יחד עם זאת, ברגע שיש רעידת אדמה, המשקעים מתערבלים, השכבות ששקעו קודם בסידור מושלם מתערבבות ושוקעות מחדש בצורה אחרת. בעזרת משוואות פיזיקליות ומודלים ממחושבים שהחוקרים פיתחו במיוחד לצורך מחקר זה, הם הצליחו לשחזר מהרקורד הגיאולוגי את ההיסטוריה של רעידות אדמה לאורך התקופה.

מניתוח הממצאים עולה כי שכיחות רעידות האדמה בבקעת ים המלח אינה קבועה בזמן. היו תקופות של אלפי שנים עם יותר פעילות טקטונית ואלפי שנים עם פחות פעילות טקטונית. בנוסף, לחוקרים התברר כי הייתה הערכת חסר משמעותית בתדירות רעידות האדמה בישראל.

אם עד כה חוקרים סברו כי בקע ים המלח רועד בעוצמה של 7.5 בסולם ריכטר מדי 10,000 שנה בממוצע – כעת מסתבר שהרעידות הקטלניות תכופות הרבה יותר, מחזוריות ממוצעת שנעה בין בין 1,300 ל-1,400 שנה. החוקרים מעריכים שהרעידה האחרונה בעוצמה כזאת פגעה בנו בשנת 1,033 – כלומר כמעט לפני אלף שנה. פירושו של דבר שבמאות השנים הקרובות צפויה רעידה נוספת בסולם 7.5 ומעלה.

לעומת זאת, החוקרים כאמור מצאו שרעידות אדמה בעוצמה של 6.5 מתרחשות אומנם באזורנו בממוצע מדי 130 עד 150 שנה, אך התדירות בין הרעידות משתנה, ובעוד שהיו מקרים שבהם הפערים בין רעידה אחת לשנייה היו של מאות שנים, הרי שגם היו מקרים שבהן התרחשו רעידות אדמה עוצמתיות בהפרש של עשרות שנים בודדות בלבד.

"אני לא רוצה להפחיד", מסכם פרופ' מרקו, "אבל אנחנו חיים בתקופה פעילה מבחינה טקטונית. הרקורד הגיאולוגי לא משקר, ורעידת אדמה גדולה בישראל בוא תבוא. כמובן, אין לנו דרך לחזות בדיוק מתי האדמה תרעד מתחת לרגלינו - מדובר בתחזית סטטיסטית – אבל לצערי אני כן יודע לומר שרעידת אדמה שתגרום למאות נפגעים תקרה בשנים הקרובות, זה יכול להיות בעוד עשר שנים או עשרות שנים, אבל זה גם יכול בשבוע הבא ואנחנו חייבים להיערך לכך.