הפיתוח צפוי לחולל מהפכה בתהליכי ההשבחה של גידולים חקלאיים
מחקרים
RESEARCH
מה מעניין אותך?
מחקר
24.05.2023
לראשונה בעולם: שיטה גנטית חדשה מאפשרת לחשוף את התפקיד והתכונות של מרבית הגנים
- רפואה ומדעי החיים
לראשונה בעולם, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו לפתח טכנולוגיה המאפשרת לחשוף את תפקידם של גנים ותכונות שעד כה היו חבויות. החוקרים מציינים כי אומנם מאז המהפכה החקלאית, נוהג האדם להשביח זנים של צמחים למטרות חקלאיות באמצעות יצירת שוֹנוּת גנטית. אך עד היום ניתן היה לבחון רק את תפקידיהם של 20% מהגנים (שהם גנים יחידים). עבור 80% מהגנים האחרים (אשר מקובצים במשפחות) לא הייתה דרך יעילה, בקנה מידה רחב היקף של כלל הגנום, לברר מהו תפקידם בצמח.
בעקבות הפיתוח הייחודי, צוות החוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליח כאמור לבודד ולזהות עשרות תכונות חדשות שהיו ממוסכות עד כה. פיתוח זה צפוי לחולל מהפכה בתהליכי ההשבחה של גידולים חקלאיים כיוון שהוא מתאים לשיפור של מרבית הגידולים ומרבית התכונות החקלאיות, כמו הגדלת יבול, עמידות ליובש או למזיקים. המחקר נערך בהובלת הפוסט-דוקטורנט, ד"ר יאנגז'ה הו, בהנחייתם של פרופ' אילון שני ופרופ' איתי מירוז מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב. כמו כן, השתתפו במחקר חוקרים מצרפת, דנמרק, ושווייץ. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Plants.
שימוש בטכנולוגיית הקריספר לעריכת גנים
פרופ' שני: "מזה אלפי שנים, מאז המהפכה החקלאית, נוהג האדם להשביח זנים של צמחים למטרות חקלאיות באמצעות יצירת שוֹנוּת גנטית. אך עד לפני מספר שנים לא ניתן היה להתערב באופן ממוקד בשינויים הגנטיים, אלא רק לזהות ולעודד תכונות רצויות שנוצרו באופן אקראי. התפתחות טכנולוגיות של עריכת גנים מאפשרות כיום לבצע שינויים מדויקים במספר רב של צמחים."
במסגרת המחקר, צוות החוקרים נעזר בטכנולוגיה החדשנית 'קריספר' (CRISPR) לעריכת גנים ובשיטות מתחום הביו-אינפורמטיקה והגנטיקה המולקולרית כדי לפתח שיטה חדשה לאיתור גנים האחראים על תכונות ספציפיות בצמחים.
החוקרים מסבירים שעל אף התפתחות הטכנולוגיה של עריכה גנטית, נותרו מספר אתגרים המגבילים את יישומה בחקלאות. אחד מהם הוא הצורך לזהות באופן מדויק ככל האפשר אילו גנים בגנום של הצמח אחראים על תכונה ספציפית שאנו מבקשים לטפח. השיטה המקובלת לעניין זה היא לייצר מוטציות, כלומר לשנות גנים בדרכים שונות, ואז לבחון את השינוי בצמח שנוצר מה-DNA המכיל את המוטציה, וללמוד מכך על פעילות הגן.
כך, לדוגמה, אם מתפתח צמח בעל פירות מתוקים יותר, ניתן ללמוד מכך שהגן שעבר שינוי דרוש לקביעת מתיקות הפרי. שיטה זו נהוגה כבר עשרות שנים, וזוכה להצלחה מרובה, אולם יש בה גם בעיה מהותית: לצמח ממוצע כמו עגבנייה או אורז יש כ-30,000 גנים, אך כ-80% מהם אינם פועלים לבדם אלא מקובצים במשפחות של גנים דומים. לכן, אם פוגעים בגן יחיד ממשפחת גנים מסוימת, קיים סיכוי רב שגן אחר מאותה משפחה (למעשה עותק הדומה מאוד לגן הפגוע) ימסך על הפגיעה ויתפקד במקום הגן הפגוע. תופעה זאת, הקרויה יתירות גנטית, גורמת לכך שבסבירות גבוהה לא נצליח ליצור שינוי בצמח עצמו, ולא נצליח להבין את פעילות הגן וקישורו לתכונה ספציפית.
צוות המחקר
שיפור השליטה במוטציות לצורך השבחה
המחקר הנוכחי ביקש למצוא פתרון לבעיית היתירות הגנטית בכלל הגנום, באמצעות שיטה חדשנית לעריכת גנים הקרויה 'קריספר'. מסביר פרופ' מירוז: "שיטת קריספר מבוססת על אנזים בשם Cas9 המצוי באופן טבעי בחיידקים, שתפקידו לחתוך רצפי DNA זרים. אל האנזים מצורף רצף מסוג sgRNA, שמזהה את רצף ה-DNA אותו נדרש האנזים לחתוך. שיטת העריכה הגנטית מאפשרת לנו לתכנן רצפי sgRNA כרצוננו על מנת ש-Cas9 יחתוך כמעט כל גן שברצוננו לשנות. אנחנו ביקשנו ליישם את הטכניקה הזאת כדי לשפר את השליטה ביצירת מוטציות בצמחים למטרות השבחה חקלאית, וספציפית כדי להתגבר על הקושי שמציבה היתירות הגנטית."
בשלב הראשון בוצע מחקר ביו-אינפורמטי במחשב, שבניגוד למרבית המחקרים בתחום כיסה מלכתחילה את הגנום השלם. החוקרים בחרו להתמקד בצמח ארבידופסיס (תודרנית לבנה) המשמש כצמח מודל במחקרים רבים ויש לו כ-30,000 גנים. ראשית הם ניפו כ-8,000 גנים בודדים, שאין להם בני משפחה, ולכן גם אין להם עותקים נוספים בגנום שיחפו עליהם. 22,000 הגנים שנותרו חולקו למשפחות, ועבור כל משפחה תוכננו באופן חישובי רצפי sgRNA מתאימים: כל רצף sgRNA נועד להוביל את אנזים החיתוך Cas9 אל רצף גנטי מסוים המאפיין את המשפחה כולה, במטרה ליצור מוטציות בכל חברי המשפחה, כך שלא יוכלו עוד לחפות זה על זה. כך נבנתה ספרייה שמנתה בסך הכול כ-59,000 רצפי sgRNA, המאפשרים פגיעה בו-זמנית ב-10-2 גנים בכל משפחת גנים, ובכך מנטרלים למעשה את תופעת היתירות הגנטית.
לסדר את הגנים בספריות
בנוסף חולקו הרצפים ל-10 תת-ספריות בנות כ-6,000 רצפים כל אחת, על פי תפקידם המשוער של הגנים – גנים המקודדים לאנזימים, קולטנים, חלבוני שיעתוק, וכדומה. לדברי החוקרים, בניית הספריות היא כלי המאפשר למקד ולייעל את החיפוש אחר גנים האחראים לתכונות רצויות, חיפוש אשר עד כה היה אקראי במידה רבה.
בשלב הבא עברו החוקרים מהמחשב למעבדה. כאן הם יצרו את כל 59,000 רצפי ה-sgRNA שזוהו בשיטה החישובית והנדסו אותם לתוך ספריות פלסמידים (דהיינו, מקטעי DNA מעגלי) חדשים בשילוב עם אנזים החיתוך. לאחר מכן יצרו החוקרים אלפי צמחים חדשים המכילים את הספריות - כאשר לכל צמח הוחדר רצףsgRNA יחיד המכוון נגד משפחת גנים ספציפית.
החוקרים עקבו אחר התופעות שהתגלו בצמחים בעקבות השינויים בגנום, וכשנצפתה בצמח מסוים תכונה חדשה כלשהי, ניתן היה בקלות לדעת, על סמך רצף ה-sgRNA שהוחדר אליו, אילו גנים עברו שינוי. כמו כן, באמצעות ריצוף DNA של הגנים שזוהו, ניתן היה לברר מה מהות המוטציה שגרמה לשינוי ומה תרומתה לתכונות הצמח. בדרך זו מופו תכונות חדשות רבות שעד עכשיו היו ממוסכות בשל יתירות גנטית. באופן ספציפי זיהו החוקרים חלבונים ייחודיים המרכיבים מנגנון הקשור להובלת ההורמון ציטוקינין, שהוא חיוני להתפתחות התקינה של הצמח.
פרופ' שני מסכם: "השיטה החדשה שפיתחנו צפויה לסייע רבות למחקר בסיסי להבנת מנגנונים בצמחים, אך מעבר לכך, יש לה משמעות עצומה לחקלאות: היא מאפשרת לחשוף באופן יעיל ומדויק את מאגר הגנים האחראים על תכונות שאנו מבקשים לשפר - כמו לדוגמה עמידות ליובש, למזיקים או למחלות, או הגדלת יבולים. אנחנו מאמינים שזהו עתידה של החקלאות: השבחת גידולים מבוקרת ומכוונת הפועלת בקנה מידה רחב היקף. כיום אנחנו מיישמים את השיטה שפיתחנו בהצלחה רבה על צמחי אורז ועגבנייה, ובעתיד אנו מתכוונים ליישם אותה גם על גידולים נוספים."
לצורך זה הקימה חברת מיסחור הטכנולוגיות של אוניברסיטת תל-אביב (רמות), בשיתוף עם קבוצת אגכימדס (AgChimedes), את חברת DisTree. ההשקעה הכספית, בשילוב עם הליווי העסקי והמקצועי של אגכימדס, יאפשרו לDisTree ליישם את הטכנולוגיה החדשה במגוון גידולים, במטרה לחולל מהפכה בגנטיקה של עולם החקלאות, ולאפשר בטחון תזונתי בעידן של משבר האקלים.
מחקר
24.04.2023
גם עטלפים מאבדים את השמיעה אך התהליך קורה בצורה מתונה ביחס לסביבת החיים הרועשת
שתי תגליות מפתיעות: בניגוד להשערה הרווחת, עטלפים כן סובלים מירידה בשמיעה עם הגיל, אך ככל הנראה יש להם מנגנונים מפתיעים שמסייעים להם להאט את קצב איבוד השמיעה
- מוח
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
תושבות ותושבי הערים הגדולות כבר רגילים לרעשי הכרך התעשייתיים, שנחשבים חלק בלתי נפרד מהחיים בעיר ונחשבים למזיקים לשמיעה. אבל מסתבר שיש מי שנהנה ממנגנונים המסייעים לו בהגנה מנזקי רעש, ואלו הם העטלפים: מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מפריך את הסברה של חוקרים רבים בקהילה המדעית, שלפיה עטלפים חסינים מפני אובדן שמיעה בגיל מבוגר (תופעה שמאפיינת יונקים רבים). במחקר הנוכחי, צוות החוקרים קובע כי איכות השמיעה של העטלפים אכן נפגעת, אך כיוון שהם חיים במושבות רועשות במיוחד, ייתכן שהם פיתחו יכולת להאט את אובדן השמיעה לעומת בני אדם ויונקים אחרים. אולי יש גם לנו נחמה בחיים לצד תחנות אוטובוס ואתרי בניינים מתחדשים?
"שמאלה בעץ הבא! אתה שומע אותי??"
בעבר, רווחה הסברה השגויה כי לאור חשיבותה של השמיעה למערכת הסונר של העטלפים הם שומרים על איכות שמיעה טובה שמאפשרת להם להתמצא במרחב, גם בגילאים מתקדמים. "אך למרות שהשמיעה בתדר גבוה מעניקה יתרון הישרדותי לבעלי חיים רבים, והיא חיונית להישרדותם של עטלפים - עד היום, אף מחקר לא בדק באופן שיטתי את השפעת הגיל על השמיעה אצל עטלפים" אומר פרופ' יוסי יובל, ממובילי המחקר.
המחקר נערך בהובלת תלמידת הדוקטורט, יפעת טרנובסקי מהמעבדה של פרופ' יוסי יובל, נוירו-אקולוג מבית הספר לזואולוגיה וראש בית הספר סגול למדעי המוח ובשיתוף דיקאנית הפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, פרופ' קרן אברהם וד"ר שחר טייבר מצוות המעבדה שלה. כמו כן השתתפו במחקר עמיתים מאוניברסיטת מרילנד. המחקר פורסם בכתב העת Life Science Alliance.
במסגרת המחקר, החוקרים העריכו תחילה במחקרם את גילם של 47 עטלפי פירות מצריים (Rousettus aegyptiacus), על ידי מדידת הצטברות מתילציות (תהליך שבו קבוצת מתיל מחליפה אטום מימן) של מולקולות ה-DNA של החיות. לאחר מכן, החוקרים בדקו את שמיעתם של העטלפים על ידי ניטור תגובות חשמליות במוחם לצלילים בתדר ובעוצמה משתנים. ההקלטות הראו ירידה ברורה בשמיעה, הקשורה בגילם של העטלפים, וכמו אצל בני אדם, הירידה בלטה במיוחד בתדרי צליל גבוהים יותר. כמו כן, שיעור אובדן השמיעה ביחס לגילם של העטלפים, היה דומה מאוד לשיעור הנצפה בבני אדם מזדקנים.
בדיקות נוספות הצביעו על כך שבדומה לבני אדם, עטלפים חווים ירידה בשמיעה הקשורה במבנה השבלול ובתפקודו, כמו גם ירידה במהירות העיבוד של עצב השמיעה. "סימפטום אחרון זה", מסבירה טרנובסקי, "עלול לפגוע בהבנת הדיבור בבני אדם, ועלול להקשות על השימוש בסונר בקרב עטלפים מבוגרים. עטלפי הפירות המצריים שחקרנו מסתמכים על הד כאשר הם מבצעים משימות שונות, אבל הם גם מסתמכים במידה רבה על ראייה כשמתאפשר להם. לכן יש לשחזר את הבדיקות שביצענו במחקר, הפעם בעטלפים עם ראייה ירודה, שעבורם איכון-הד הוא כמעט מנגנון ההתמצאות היחיד".
תגליות חדשות על תהליך איבוד השמיעה
כמו כן, החוקרים מעריכים כי אחד הגורמים האפשריים לאובדן השמיעה בקרב עטלפי הפירות המצריים הוא החשיפה המצטברת לרמות רעש גבוהות בסביבתם. כמו מיני עטלפים רבים אחרים, עטלפי פירות מצריים חיים במושבות גדולות ומשמיעים קריאות חברתיות תכופות ורועשות. טרנובסקי ועמיתיה הציבו מספר מיקרופונים בתוך מערת עטלפי הפירות וגילו כי הם נחשפים באופן תדיר ליותר מ-100 dB, עוצמה השווה לרעש של אופנוע או מסור חשמלי. למרבה ההפתעה, הרעשים החזקים ביותר היו בתדרים נמוכים, ואילו הבדיקות שנערכו הראו כי אובדן השמיעה מתבטא בעיקר בתדרים גבוהים.
"השילוב בין רמות הרעש הגבוהות מאוד שאליהן נחשפים עטלפי פירות לבין הקצב המתון (בדומה לבני אדם) של אובדן שמיעה הקשור בגיל, מצביע על כך שלעטלפים עשויות להיות התאמות מיוחדות להתמודדות עם סביבתם הרועשת", מסכם פרופ' יובל. החוקרים מקווים כי הבנת ההתאמות הללו תוכל לספק תובנות באשר למנגנוני אובדן השמיעה הקשור בגיל בקרב בני אדם.
פרופ' יוסי יובל ושני חברים מכונפים
מחקר
02.04.2023
גם עישון במרפסת פוגע בבריאות הילדים
6 מתוך 10 ילדים שהוריהם מגבילים את העישון למרפסת או לחצר נמצאו בסיכון לנזקי עשן הטבק
- רפואה ומדעי החיים
הורים רבים חושבים שהם מגינים על ילדיהם בכך שהם מעשנים במרפסת או בסמוך לחלון החדר. אבל מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב קובע כי בניגוד לדעה הרווחת של אותם הורים, הגבלת העישון למרפסת אינה מונעת את החשיפה של רוב הילדים לנזקי עשן הטבק.
מעשנים? התרחקו 10 מטרים מהבית
במחקר ייחודי בדק צוות החוקרים הימצאותן של שאריות ניקוטין בשיער של ילדים להורים שמעשנים. בקרב הורים שמקפידים לעשן במרפסת או מחוץ לבית ("עישון מרפסת"), הממצאים מדאיגים ביותר: בקרב 6 מכל 10 ילדים שנבדקו נמצאו שאריות ניקוטין בשערם.
החוקרים מדגישים: "במציאות הישראלית יש לראות במרפסות הביתיות חלק מסביבת הבית. עישון ליד החלון או במקום אחר מסוים בבית לא מגן על רוב הילדים מחשיפה. ההמלצות שלנו הן חד משמעיות: כדי להפחית את החשיפה של ילדים לעשן טבק - יש להימנע לחלוטין מעישון בטווח של 10 מטרים מהבית. כמו כן, באזורים פתוחים יש לשמור על מרחק שלפחות 10 מטרים מהילדים".
62% מילדים להורים מעשנים נחשפים לעשן טבק
המחקר נערך בהובלתה של פרופ' לאה רוזן מבית הספר לבריאות הציבור בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. כמו כן, השתתפו במחקר פרופ' דוד צוקר מהמחלקה לסטטיסטיקה ומדעי הנתונים, האוניברסיטה העברית, ירושלים, ד"ר שאנון גרבלי מהמחלקה לפסיכולוגיה, אוניברסיטת ווטרלו, קנדה, ד"ר מיכל ביתן מהמחלקה למדעי המחשב, המכללה למנהל, ד"ר אנה רול מהמחלקה לבריאות והנדסה סביבתית, בית הספר לבריאות הציבור של ג'ונס הופקינס בלומברג, בולטימור וד"ר ויקי מאיירס ממכון גרטנר לאפידמיולוגיה ומחקר מדיניות בריאות, המרכז הרפואי שיבא. המחקר פורסם בכתב העת: International Journal of Environmental Research and Public Health
במסגרת המחקר, צוות החוקרים בדק את רמת החשיפה לעשן טבק אצל ילדים באמצעות סמן ביולוגי המודד את הימצאותו של ניקוטין בשיער, מה שמצביע על חשיפה מצטברת לעשן טבק במשך מספר חודשים. ניתוח הנתונים הראה כי בקרב משפחות מעשנות שהגבילו את העישון למרפסת או בחוץ, ולא עישנו בתוך הבית, 62% מהילדים נחשפים לעשן טבק.
יצויין כי בשלב הראשון של המחקר (שפורסם לפני כשנתיים), צוות החוקרים בדק באופן כללי הימצאותן של שאריות ניקוטין בקרב ילדים להורים מעשנים, ואז נמצא כי 70% מהילדים של הורים מעשנים חשופים לעישון כפוי. כעת כאמור, החוקרים בדקו את הנושא גם בפילוח למקום העישון והנתונים כאמור חמורים ביותר.
"ממצאי המחקר החדש שבים ומחדדים את מה שאנחנו אומרים כבר שנים רבות, שעישון מחוץ לבית, גם כשהדלתות והחלונות סגורים היטב, אינו מגן לחלוטין על ילדים מפני חשיפה לעשן טבק", אומרת פרופ' רוזן. "במקרים רבים, המרפסות בארץ צמודות לאזורי המגורים, דבר שמאפשר לעשן להיסחף מאותם אזורים אל פנים הבית. ההורים מאמינים בטעות שהמרפסת מציעה מקום 'בטוח' לעשן. בפועל, הילדים עלולים להיות חשופים באופן ישיר כשהם יוצאים למרפסת ומישהו מעשן שם, וגם בתוך הבית מתסחיף העשן. בנוסף, העשן נספג בסביבה: בריהוט, בקירות או בשטיחים ונפלט לאט לאט לתוך האוויר במשך שבועות או חודשים. הוא נספג בגוף דרך בליעה או דרך העור, במיוחד בקרב תינוקות וילדים קטנים. כמו כן, הורים מעשנים מעבירים את הרעלים מעשן הטבק על גופם: על הידיים, בשיער, על הבגדים ולכן רצוי לצחצח שיניים, לשטוף ידיים ולהחליף בגדים לאחר עישון ולפני מגע עם ילדים".
עשן מהשכנים
פרופ' רוזן מציינת כי מידע חדש זה רלוונטי ישירות גם לנושא עישון שכנים, שנדון בימים אלה בבית המשפט העליון. העתירה נגד משרדי הסביבה, הבריאות והפנים מבקשת להתייחס לעישון החודר לדירות כאל מפגע סביבתי, טענה הנתמכת בהגדרת מפגע סביבתי בחוק אוויר נקי, בחוק מניעת מפגעים, ובחוק העונשין.
"תוצאות המחקר הזה מראות כי בקרב משפחות מעשנות, הגבלת העישון למרפסת אינה מגינה על מרבית הילדים מפני חשיפה לעשן טבק. לכן, גישתו של משרד הבריאות אינה מגינה על ילדי המעשנים, ובנוסף פוגעת גם בשכנים. אנו מבקשים ממשרד הבריאות לשקול מחדש את עמדתו לאור ממצאים אלו", אומרת פרופ' רוזן ומסכמת: "מדינת ישראל חייבת להציב את נושא הפחתת העישון בקרב הורים כיעד לאומי ולהשקיע בנושא את המשאבים הראויים. לצערי, בכל מה שקשור לעישון, ישנן הרבה תפיסות שגויות בציבור לגבי מתי ואיך החשיפה מתרחשת. 85% מעשן הטבק לא נראה וחוש הריח שלנו אינו בהכרח אמין. על כן הורים רבים סוברים בטעות שהם מגינים על ילדיהם ובפועל הם חושפים אותם לסכנות בריאותיות משמעותיות. כחברה עלינו להקפיד לשמור על האזרחים ולהרחיק את כולם מסכנות עשן הטבק, במיוחד ילדים תינוקות, נשים בהריון ואוכלוסיות מוחלשות".
מחקר
28.03.2023
פריצת דרך עולמית קובעת: צמחים משמיעים קולות
הקולות מושמעים בתדר שמעל טווח השמיעה האנושי ובעיקר כשהצמח נמצא במצוקה
- מוזיאון הטבע
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
בזמן שדיברתם לעציצים שלכם וחשבתם שהם לא משמיעים קול, מסתבר שהם למעשה פטפטנים לא קטנים, במיוחד כשהם ממש מחכים שתשקו אותם. חוקרים באוניברסיטת תל אביב הצליחו לראשונה בעולם, להקליט ולנתח קולות ברורים המושמעים על ידי צמחים, בתדרים גבוהים שהאוזן האנושית אינה מסוגלת לקלוט. החוקרים: "מצאנו שצמחים משמיעים קולות בעיקר כשהם נמצאים במצוקה, ולכל צמח ולכל סוג של מצוקה יש צליל אופייני הניתן לזיהוי. קולות הצמחים נשמעים כמעין קליקים, כמו פופקורן, בווליום דומה לדיבור אנושי אבל בתדרים שמעל טווח השמיעה האנושי, והם עשויים להיקלט על ידי בעלי חיים שונים, כמו עטלפים, עכברים וחרקים."
המחקר הובל על ידי פרופ' לילך הדני מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים בשיתוף עם חוקר העטלפים פרופ' יוסי יובל, ראש בית הספר סגול למדעי המוח וחבר סגל בבית הספר לזואולוגיה ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, והסטודנטים יצחק חייט ואוהד לוין אפשטיין. כמו כן השתתפו חוקרים מבית הספר למדעי המתמטיקה, מהמכון לחקר הדגנים ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Cell.
שירת העשבים
פרופ' הדני: "ממחקרי עבר ידוע לנו שמד-רטט המוצמד לצמח רושם רעידות (ויברציות), אך עד היום לא היה ברור אם רעידות אלה גם הופכות לגלי קול שנעים באוויר, כלומר צלילים שניתן לקלוט ממרחק. במחקר הנוכחי ביקשנו לתת מענה לסוגיה זו, שמעסיקה חוקרים כבר שנים רבות."
בשלב הראשון הכניסו החוקרים את הצמחים לקופסה אקוסטית במרתף מבודד ונטול רעשי רקע, ולצדם, במרחק של כ-10 ס"מ, הציבו מיקרופונים אולטרה-סוניים שקולטים צלילים בתדרים שבין 80-40 קילוהרץ (אוזן של אדם בוגר קולטת עד כ-16 קילוהרץ). ההקלטות בוצעו בעיקר בצמחי עגבנייה וטבק, אך הוקלטו גם חיטה, תירס, גפן, קקטוס ונזמית.
"מסתבר ששדה פסטורלי הוא כנראה מקום רועש – רק שאנחנו לא שומעים את הקולות!"
פרופ' הדני: "לפני שהכנסנו את הצמחים לקופסה האקוסטית ביצענו בהם מגוון פעולות: חלקם לא הושקו במשך חמישה ימים, בחלקם נחתך הגבעול, ובאחרים לא נגענו. ביקשנו לבדוק באילו מצבים, אם בכלל, הם משמיעים צלילים. הממצאים היו מרתקים: צמחים שלא היו במצוקה השמיעו בערך צליל אחד בשעה, ואילו הצמחים שיובשו או נחתכו השמיעו בממוצע עשרות צלילים בשעה."
ההקלטות שנאספו בדרך זו נותחו במחשב באמצעות אלגוריתמים ייעודיים שפותחו במיוחד לצורך זה בטכנולוגיה של 'למידת מכונה' (בינה מלאכותית). האלגוריתמים למדו להבחין בין סוגי צלילים, ולזהות עבור כל הקלטה את סוג הצמח ואת סוג ומידת המצוקה שהוא שרוי בה. יותר מכך: הם ידעו לזהות ולסווג את קולות הצמחים גם כאשר הניסוי נערך בחממה שאינה מבודדת, ויש בה לא מעט רעשים חיצוניים. שם ניתן היה לעקוב אחר תהליך ההתייבשות לאורך זמן, ונמצא שכמות הצלילים גדלה עם ההתייבשות עד שהגיעה לשיא מסוים, ואחר כך פחתה.
פרופ' הדני מסכמת: "במחקר שלנו הוכחנו שצמחים משמיעים קולות, ובכך שמנו קץ למחלוקת מדעית בת שנים רבות. מהממצאים עולה כי העולם מלא בקולות של צמחים, וכי הצלילים הללו מכילים מידע, לדוגמה אודות היעדר מים או פגיעה כלשהי. אנחנו משערים שבטבע נקלטים קולות הצמחים על ידי יצורים בסביבה (כמו עטלפים, מכרסמים, חרקים שונים ואולי גם צמחים אחרים), שמסוגלים לשמוע את התדר הגבוה ולהפיק מידע שהוא רלוונטי עבורם. ייתכן שבעתיד יוכל גם האדם להשתמש במידע כזה, למשל באמצעות חיישן שידווח למגדל מתי הצמח מתייבש ויש להשקותו. מסתבר ששדה פסטורלי הוא כנראה מקום רועש – רק שאנחנו לא שומעים את הקולות!"
במחקרי המשך יבקשו החוקרים לבחון מספר סוגיות מרתקות: מהו המנגנון שבאמצעותו משמיעים הצמחים את הצלילים? כיצד עשים קולטים ומגיבים לצלילים שמשמיעים צמחים? והאם גם צמחים אחרים 'שומעים את הקולות'?
מחקר
26.03.2023
הרובוט הזעיר שמסוגל לנווט בסביבה פיזיולוגית וללכוד תאים פגומים
הכירו את המיקרו-רובוט ההיברידי: טכנולוגיה חדשנית זעירה בגודל 10 מיקרון (גודל של תא ביולוגי)
- הנדסה וטכנולוגיה
- רפואה ומדעי החיים
חוקרים באוניברסיטת תל אביב פיתחו מיקרו-רובוט היברידי בגודל תא ביולוגי בודד (כ-10 מיקרון), שניתן לשליטה ולניווט באמצעות שני מנגנונים שונים – חשמלי ומגנטי. המיקרו-רובוט מסוגל לנווט בין התאים השונים בדגימה ביולוגית, להבחין בין סוגי תאים שונים ואף לזהות האם מדובר בתא בריא או תא גוסס, ואז להעמיס עליו את התא הרצוי ולשאת אותו להמשך אנליזה, החדרת תרופה או גן או לבודדו לצורך ריצוף גנטי. לדברי החוקרים, הפיתוח עשוי לסייע בקידום מחקרים בתחום החשוב של 'אנליזת תא בודד' (single cell analysis), וכן באבחון רפואי, בהובלת תרופות, בכירורגיה ובשמירה על הסביבה.
הטכנולוגיה החדשנית פותחה בהובלת פרופ' גלעד יוסיפון מבית הספר להנדסה מכנית ומהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב, ובהשתתפות הפוסט-דוקטורנטית Dr. Yue Wu מאוניברסיטת תל אביב, וכן הסטודנטית סיון יעקב והפוסט-דוקטורנט Dr. Afu Fu מהטכניון. המאמר פורסם בכתב העת Advanced Science.
בהשראת מיקרו-שחיינים ביולוגיים
פרופ' גלעד יוסיפון מסביר כי מיקרו-רובוטים הם חלקיקים סינטטיים זעירים בגודל של תא ביולוגי, שיכולים לנוע ממקום למקום ולבצע פעולות שונות (לדוגמה: איסוף יעיל של מטענים סינטטיים או ביולוגיים) באופן אוטונומי על פי תכנון מראש, או באמצעות שליטה מבחוץ בידי מפעיל או מערכת בקרה. לדבריו, יכולת התנועה העצמית של המיקרו-רובוטים (הקרויים לפעמים גם מיקרו-מנועים וחלקיקים אקטיביים), הונדסה בהשראת מיקרו-שחיינים ביולוגיים, דוגמת חיידקים ותאי זרע. מדובר בתחום חדשני שמתפתח במהירות, עם מגוון רחב של שימושים בתחומים כמו רפואה וסביבה, וגם ככלי מחקרי.
"הכוונה בעתיד היא לפתח מיקרו-רובוטים שיפעלו גם בתוך הגוף – למשל כנשאי תרופות יעילים שניתן לנווט אותם למטרה באופן מדויק."
במסגרת הפיתוח החדשני, החוקרים השתמשו במיקרו-רובוט כדי ללכוד תא דם, תא סרטני או חיידק בודד, והראו כי הוא מסוגל להבחין בין תאים בעלי רמות חיות שונות – תא בריא, תא שנפגע על ידי תרופה, או תא שמת או גוסס בתהליך 'התאבדות' טבעי (הבחנה כזאת עשויה להיות משמעותית לדוגמה בעת פיתוח תרופות נגד סרטן).
כמו כן, לאחר שזיהה את התא המבוקש, הצליח המיקרו-רובוט גם ללכוד אותו ולהובילו להמשך טיפול ואבחון הפגיעה בתא. חידוש חשוב נוסף בטכנולוגיה הוא זיהוי תא המטרה ללא צורך בתיוגו: המיקרו-רובוט מזהה את סוג התא ואת מצבו (דוגמת רמת חיות) באמצעות מנגנון חישה מובנה המבוסס על התכונות החשמליות הייחודיות של התא.
פרופ' יוספון: "הפיתוח החדש שלנו מוסיף נדבך חשוב לטכנולוגיה זו, בשני היבטים עיקריים: הנעה וניווט היברידיים על ידי שני מנגנונים שונים – חשמלי ומגנטי, לצד יכולת משופרת לזהות וללכוד תא בודד ללא צורך בתיוג, לצורך בדיקה מקומית או שליפה והובלה למכשור חיצוני. מחקר זה בוצע על דגימות ביולוגיות במעבדה, אך הכוונה בעתיד היא לפתח מיקרו-רובוטים שיפעלו גם בתוך הגוף – למשל כנשאי תרופות יעילים שניתן לנווט אותם למטרה באופן מדויק."
החוקרים מסבירים שלמנגנון ההנעה ההיברידי של המיקרו-רובוט יש חשיבות מיוחדת בסביבות פיזיולוגיות, כמו למשל ביופסיה נוזלית. "המיקרו-רובוטים שפעלו עד היום בהתבסס על מנגנון חשמלי, לא היו יעילים בסביבות מסוימות המאופיינות במוליכות חשמלית גבוהה יחסית, כמו למשל בסביבה פיזיולוגית, בה ההנעה החשמלית פחות אפקטיבית. כאן יכול להיכנס לפעולה המנגנון המגנטי המשלים, שהוא יעיל מאוד ללא קשר להולכה חשמלית."
פרופ' יוסיפון מסכם: "במחקר שלנו פיתחנו מיקרו-רובוט חדשני, בעל יכולות חשובות שמוסיפות נדבך משמעותי לתחום: הנעה וניווט היברידיים באמצעות שילוב של שדה חשמלי ומגנטי, וכן יכולת לזהות, ללכוד, ולהוביל תא בודד ממקום למקום בסביבה פיזיולוגית. ליכולות אלה יש משמעות רבה עבור מגוון רחב של יישומים וגם למחקר. בין היתר עשויה הטכנולוגיה לתמוך בתחומים הבאים: אבחון רפואי ברמת התא הבודד, החדרת תרופות או גנים לתאים, עריכה גנטית, נשיאת תרופות ליעדן בתוך הגוף, ניקוי הסביבה מחלקיקים מזהמים, פיתוח תרופות, וטכנולוגיית 'מעבדה על חלקיק' שנועדה לבצע אבחון במקומות הנגישים רק למיקרו-חלקיקים."
מחקר
02.03.2023
נחשו מה? זוהתה משפחה חדשה של נחשים - המחרוזנים
המחרוזנים נפרדו מהעץ האבולוציוני של כל יתר משפחות הנחשים לפני כ-50 מיליון שנה, ומאז הם מתפתחים כמשפחה נפרדת
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
תכירו את המשפחה החדשה שזוהתה לאחרונה והצטרפה למחלקת הזוחלים - המחרזונים. מדובר בנחשים קטנים שניתן לזהותם על פי טבעות בצבעי שחור-צהוב שמעטרות את גופם. מחקר בינלאומי נרחב, בהשתתפות חוקר מאוניברסיטת תל אביב, גילה כי המשפחה הקטנה נפרדה מעץ האבולוציה של הנחשים לפני כ-50 מיליון שנה, ומסתבר שתפוצת שלושת המינים הידועים היום שמשתייכים אליה מאוד מצומצמת: שני מינים חיים במזרח אפריקה ומין נוסף בישראל ובשכנותיה.
מסע השורשים של המחרוזן
המחקר הבינלאומי נערך בהשתתפותו של פרופ' שי מאירי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, וממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, וכן חוקרים מפינלנד, ארה"ב, בלגיה, מדגסקר, והונג קונג. המחקר פורסם בכתב העת Molecular Phylogenetics and Evolution.
"הנטייה כיום היא להניח שאנחנו כבר מכירים את רוב הקבוצות הגדולות של בעלי חיים, ובכל זאת מדי פעם נכונו לנו הפתעות. כך קרה כעת עם המחרוזן. במשך שנים הוא שויך למשפחת הזעמנים - הגדולה במשפחות הנחשים, עד שלפני כעשור, בדיקות DNA, הוכח שהוא ככל הנראה אינו משתייך למשפחה זו. מאז מנסים חוקרי נחשים בכל העולם לברר לאיזו משפחה הוא שייך, אך ללא הצלחה. במחקר זה ביקשנו לתת מענה לסוגיה", מסביר פרופ' מאירי.
החוקרים בחנו את המורפולוגיה של המחרוזן בטכנולוגיית מיקרו CT - הדמייה מגנטית ממוחשבת ברזולוציה גבוהה, בעיקר של הגולגולת. בנוסף הם יישמו שיטה מתקדמת של סריקה גנומית עמוקה - בדיקה של כ-4,500 סמנים בגנום שמשתנים לאט מאוד, רק אחת למיליוני שנים. "בנוסף למחרוזן דגמנו את ה-DNA של מגוון קבוצות נחשים שהוא עשוי לכאורה להשתייך אליהן. בדרך זו מצאנו במחרוזן סמנים גנומיים שייחודיים לו ואינם קיימים אצל אף אחת מהקבוצות האחרות", מגלה פרופ' מאירי.
פרופ' שי מאירי
רילוקיישן משפחתי
לדברי החוקרים, משמעות הממצאים היא שהמחרוזנים נפרדו מהעץ האבולוציוני של כל יתר משפחות הנחשים לפני כ-50 מיליון שנה, ומאז הם מתפתחים בנפרד ומהווים משפחה בפני עצמה. ככל הידוע מדובר במשפחה קטנה מאוד, שכוללת רק שלושה מינים: שניים בקניה ובטנזניה שבמזרח אפריקה ואחד בחלק הצפוני והמרכזי של ישראל (וכן באזורים סמוכים בצפון ירדן, בדרום סוריה, ובדרום לבנון). תפוצה זו אף מרמזת כי המחרוזנים, שמקורם ככל הנראה באפריקה, הצפינו בשלב מסוים דרך עמק הנילוס או השבר הסורי אפריקאי.
"במחקר שלנו הצלחנו להגדיר משפחה חדשה של נחשים, המחרוזנים, שאף על פי שהם כשלעצמם מוכרים היטב, שויכו בטעות למשפחות אחרות במשך שנים רבות. גילוי כזה של משפחה חדשה הוא נדיר במדע של ימינו, כאשר מרבית בעלי החיים כבר מוכרים ומסווגים לסוגים ולמשפחות מוגדרות", מסכם פרופ' מאירי.
גופו מעוטר בטבעות בצבעי שחור-צהוב. המחרוזן (צילום: דוד דוד)
מחקר
14.02.2023
לא רק בסושי
"סופר אצות" ישמשו להפקת חומרי טבע ותרופות מן הים
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
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
מחקר
12.01.2023
רובוט, אתה מריח את זה?
לראשונה בעולם המדע רובוט הצליח "להריח" באמצעות חיישן ביולוגי
- הנדסה וטכנולוגיה
- רפואה ומדעי החיים
אחרי שפיתחו את הרובוט הראשון ששומע באמצעות אוזן ביולוגית, החוקרות והחוקרים של אוניברסיטת תל אביב העניקו לרובוט חוש נוסף: חוש הריח. פריצת הדרך המדעית מאפשרת לרובוט להריח באמצעות חיישן ביולוגי, לזהות האם נמצא בסביבתו ריח ולשלוח בתגובה אותות חשמליים שאותם הוא יודע לקרוא. החוקרים חיברו בהצלחה חיישן ביולוגי למערכת אלקטרונית ובעזרתה, תוך שילוב של אלגוריתם למידת מכונה, הצליחו להפריד ריחות ברגישות הגבוהה פי 10,000 ממכשירים אלקטרוניים קיימים. התקווה היא שבעתיד יוכל רובוט שמצויד בחושים אלו לשמור על חיי אדם ולזהות סכנות רבות, החל מחומרי נפץ וסמים, דרך זיהוי מחלות וכלה באסונות טבע. "השמיים הם הגבול", אומרים החוקרים.
הרובוט הראשון בעל האף הביולוגי. רק באוניברסיטת תל אביב.
"אנו עוברים במגנומטר שעולה מיליוני דולרים ויודע להגיד אם אנו נושאים עלינו מתכות. אבל כשרוצים לבדוק אם נוסע מבריח סמים - מביאים כלב שירחרח אותו"
לשלוח את הטכנולוגיה ללמוד מהאבולוציה
פריצת הדרך הביולוגית והטכנולוגית נעשתה בהובלת הדוקטורנטית נטע שביל מבית הספר סגול למדעי המוח, ד"ר בן מעוז מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ובית הספר סגול למדעי המוח, פרופ' יוסי יובל ופרופ' אמיר אילי מבית הספר לזואולוגיה ובית הספר סגול למדעי המוח. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי Biosensor and Bioelectronics.
ד"ר מעוז ופרופ' אילי מסבירים: "ישנן טכנולוגיות שלא יכולות להתחרות במיליוני שנות אבולוציה. תחום אחד שבו אנו מפגרים במיוחד אחרי עולם החי הוא תחום חישת ריחות. דוגמה לכך אפשר למצוא בנמלי התעופה. כשאנו טסים לחו"ל, אנו עוברים במגנומטר שעולה מיליוני דולרים ויודע להגיד אם אנו נושאים עלינו מתכות. אבל כשרוצים לבדוק אם נוסע מבריח סמים - מביאים כלב שירחרח אותו. בתוך עולם החי, חרקים מצטיינים בקליטת ובעיבוד אותות חושיים . יתוש, למשל, יודע לזהות הפרש של 0.01% ברמת הפחמן הדו-חמצני באוויר. כיום אנחנו רחוקים מלייצר חיישנים שיתקרבו ביכולות שלהם לחושים של חרקים".
החוקרים מציינים שככלל, איברי החישה שלנו ושל כל שאר בעלי החיים, כמו העין, האוזן והאף, משתמשים בקולטנים שמזהים ומפרידים בין אותות שונים. בשלב השני, איבר החישה מתרגם את הממצאים לאותות חשמליים שהמוח מפענח כמידע. האתגר בביו-סנסורים הוא בחיבור איבר חישה כמו האף למערכת אלקטרונית שתדע לפענח את האותות החשמליים שמתקבלים מהקולטנים.
הדוקטורנטית נטע שביל וד"ר בן מעוז
רגיש לריח פי 10,000
"חיברנו את החיישן הביולוגי ואפשרנו לו להריח ריחות שונים תוך כדי שאנחנו מודדים את הפעילות החשמלית שמעורר כל ריח וריח", מסביר פרופ׳ יובל. "המערכת אפשרה לנו לקבל זיהוי של כל ריח כבר ברמת איבר החישה הראשוני של החרק. בשלב השני השתמשנו בלמידת מכונה כדי ליצור 'ספרייה' של ריחות. במחקר הצלחנו לאפיין 8 ריחות, כגון גרניום, לימון ומרציפן, באופן שיכולנו לדעת מתי מוצג ריח לימון ומתי מרציפן. למעשה, אחרי שהניסוי נגמר המשכנו וזיהינו ריחות נוספים, שונים ומשונים, כמו למשל מיני ויסקי סקוטי שונים. השוואה למכשירי מדידה סטנדרטים הראתה שהרגישות של החיישן הביולוגי במערכת שלנו גבוהה פי כ-10,000 ממכשירים שנמצאים היום בשימוש".
"הטבע מתקדם מאיתנו בהרבה, לכן כדאי להשתמש בו. ניתן להשתמש בעיקרון שהצגנו וליישם אותו על חושים אחרים כמו ריח, ראייה ומישוש. לדוגמה, לבעלי חיים מסוימים יש יכולות מדהימות לזיהוי של חומרי נפץ וסמים, וייצור של רובוט עם מחוש ביולוגי יוכל לעזור לנו לשמור על חיי אדם ולזהות עבריינים באופן שלא ניתן כיום. יש בעלי חיים שיודעים לזהות מחלות ואחרים שיודעים לחוש רעידות אדמה. השמיים הם הגבול", מסכם ד"ר מעוז.
בעתיד, החוקרים מתכננים לשלב ברובוט גם יכולות ניווט שיאפשרו לו לאתר את המקור של הריח ולאחר מכן גם את סוגו.
האם בקרוב יוכל לצאת לפנסיה? כלב עבודה מחפש חומרים מסוכנים בשדה התעופה
מחקר
12.01.2023
למה "תיקיית הזבל" ב-DNA שלנו לא נמחקת גם אחרי מיליוני שנות אבולוציה?
מודל חדש מציע הסבר למגוון העצום בגדלים של דנא בטבע
- רפואה ומדעי החיים
מודל חדש שפותח באוניברסיטת תל אביב, מציע פתרון אפשרי לשאלה המדעית מדוע רצפים ניטרליים, המכונים לעתים "דנ"א זבל", אינם מסולקים מהגנום של יצורים חיים בטבע וממשיכים להתקיים בתוכו גם מיליוני שנים לאחר מכן. לטענת החוקרים, ההסבר לכך הוא שהדנ"א זבל משיק פעמים רבות לדנ"א בעל תפקיד. באזורי ההשקה, אירועי מחיקה פוגעים באזורים בעלי התפקיד ולכן האבולוציה דוחה אותם. המודל תורם להבנה של המגוון העצום בגדלי הגנום הנצפים בטבע.
לא עושים DELETE
התופעה שהמודל החדש מתאר מכונה על ידי צוות החוקרים 'ברירה המושרית מגבולות'. המודל פותח בהובלת הדוקטורנט גיל לוונטל במעבדתו של פרופ' טל פופקו מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ובשיתוף פעולה עם פרופ' איתי מירוז, גם הוא מהפקולטה למדעי החיים. המחקר פורסם בכתב העת "Open Biology".
החוקרים מסבירים כי לאורך האבולוציה, גודל הגנום ביצורים חיים בטבע משתנה. לדוגמה, למיני סלמנדרות מסוימות יש גנום הגדול פי עשרה מגנום האדם. "קצב המחיקות וההכנסות הקצרות, המכונות בקיצור 'אינדלים', נמדד בדרך כלל על ידי בחינה של פסאודו-גנים. אלו גנים שאיבדו את התפקיד שלהם, ובהם יש מוטציות תדירות, לרבות מחיקות והכנסות של מקטעי דנ"א. במחקרים קודמים שאפיינו את האינדלים, נמצא שקצב המחיקות גדול מקצב ההכנסות במגוון יצורים בהם חיידקים, חרקים, ואף יונקים דוגמת בני אדם. השאלה שניסינו לענות עליה היא כיצד הגנומים לא נמחקים כשההסתברות לאירועי מחיקת דנ"א גדולה באופן משמעותי מאירועי הוספת דנ"א", מסביר פרופ' פופקו.
כיצד הגנומים לא נמחקים כשההסתברות לאירועי מחיקת דנ"א גדולה באופן משמעותי מאירועי הוספת דנ"א?
"הדנ"א זבל" מתחבא באזורים פונקציונליים שבהם קיים חשש שמחיקתו תפגע בדנ"א המקורי "
הדוקטורנט לוונטל מספר: "אנחנו סיפקנו זווית אחרת לדינמיקת האבולוציה ברמת הדנ"א. כאמור, כאשר מודדים את קצב האינדלים יהיו יותר מחיקות, אך המדידות מתבצעות בפסאודו גנים, שהם רצפים ארוכים למדי. לטענתנו, כאשר נסתכל על מקטע ניטרלי קטן יותר, מחיקות בסבירות גבוהה עלולות למחוק גם מקטעים פונקציונליים סמוכים אשר חיוניים לתפקוד היצור החי, ולכן הן יידחו. אנחנו מכנים תופעה זו כ'ברירה המושרית מגבולות'".
"אם כן, כאשר המקטע קצר, תתקיים הטיה הפוכה, כך שיהיו יותר הכנסות ממחיקות, ולכן בדרך כלל המקטע הניטרלי לא יימחק. במחקרנו עשינו סימולציה לדינמיקה של אינדלים, תוך כדי שלקחנו בחשבון את ההשפעה של גבולות של 'הברירה המושרית מגבולות', והשווינו את התוצאות להתפלגות אורכי מקטעי דנ"א באמצע גן המקודד לחלבון, אשר אינם מקודדים בעצמם לחלבון בבני אדם (אינטרונים). התקבלה התאמה טובה בין תוצאות הסימולציות להתפלגות האורכים שנצפית בטבע, וכך הצלחנו להסביר תופעות מעניינות בהתפלגות אורכי האינטרונים, כמו השונות הגדולה באורכי האינטרונים, וכן את צורת ההתפלגות המורכבת שאינה נראית כמו עקומת פעמון סטנדרטית", מסכם לוונטל.
מחקר
10.01.2023
לוקחים את הצחוק ברצינות
לליצנים הרפואיים יש תרומה משמעותית להשגת מטרות טיפוליות רפואיות
- רפואה ומדעי החיים
הם מסתובבים עם אפים אדומים, בגדים צבעוניים וחיוך תמידי במחלקות הכי קשות בבתי החולים ומפזרים סביבם צחוק ואופטימיות. אלו הם הליצנים הרפואיים, נשות ואנשי מקצוע מאומנים, שמטרתם לשנות את סביבת בית החולים באמצעות הומור. מחקר ראשון מסוגו של אוניברסיטת תל אביב בדק את סוד הקסם של הליצנים הרפואיים, וזיהה שהם משתמשים במסגרת תפקידם בלא פחות מ-40 מיומנויות שונות, כדי לסייע למטופלים, להורים ולצוות הטיפולי להשגת המטרות הטיפוליות, בהן התחברות אל הרגש ויצירת קשר אישי עם המטופל, השמעת קולו של המטופל על תסכוליו וקשייו בפני הצוות הרפואי, הגברת המוטיבציה לדבקות בטיפול הרפואי, הסחת דעת מכאב ויצירת אווירת תחרות ומשחק.
לדברי החוקרים, אחד מהממצאים המרכזיים שעלו במחקר הוא שלמעשה הליצנים, באמצעות מיומנויות התקשורת השונות, מאפשרים למטופל לנוע לעבר המשימה הטיפולית. הם עובדים בשיתוף פעולה עם מטפלים אחרים, ויודעים להתערב ולסייע כשנוצר ויכוח או משבר ולסייע להתגבר עליו ולקדם את הטיפול.
עובדים בשיתוף פעולה עם מטפלים אחרים כדי לקדם את הטיפול (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)
הרבה יותר מסתם מופע בידור
המחקר נערך בהובלתה של פרופ' אורית קרניאלי-מילר עם ד"ר ליאור רוזנטל, מהחוג לחינוך רפואי בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, ובשיתוף אורנה דיבון-אופיר, ד"ר דורון שגיא, פרופ' אמתי זיו וליאת פסח-גלבאום, מהמרכז הארצי לסימולציה רפואית. המחקר פורסם בQualitative Health Research , כתב עת מוביל בתחום הבריאות.
צוות החוקרים מסביר כי כבר לפני שנים רבות נערכו מחקרים שהתמקדו בהשפעתם החיובית של הליצניות והליצנים הרפואיים והחלו לזהות את כישוריהם השונים במצבים ספציפיים, אולם עד כה לא נעשו מחקרים שדייקו ומיפו את המיומנויות שבהן הם משתמשים, ואת המטרות הטיפוליות שלהם. בנוסף, הייתה חסרה הבנה רחבה כיצד ליצנים יכולים לסייע לילדים, למתבגרים ולהוריהם במצבים מאתגרים של מצוקה וקושי עקב ההתמודדות עם ההליכים והטיפולים הכואבים, שמובילים לעיתים לחוסר רצון לשתף פעולה עם ההמלצות הטיפוליות של הצוותים הרפואיים.
במסגרת המחקר החדש, צוות החוקרים התמקד בזיהוי שיטתי, איכותני ומעמיק של כישוריהם של הליצנים הרפואיים, באמצעות התבוננות וניתוח של פעולותיהם במפגשים מאתגרים עם מתבגרים, הורים, וצוות רפואי. הצוות ניתח עשרות סימולציות מוקלטות בווידאו של ליצנים רפואיים במצבים שונים וכן ערך ראיונות עומק עם ליצנים רפואיים ותיקים.
הליצנים שנבדקו במחקר הוכשרו וגויסו על ידי עמותת "רופאי חלום", שהיא עמותה ללא כוונת רווח המפעילה ליצנים רפואיים טיפוליים כחלק מהמערך הפרא-רפואי בבתי החולים בישראל, ומכשירה אותם לעבוד בתוך הצוותים הרב-מקצועיים. המחקר נערך בשיתוף המרכז הישראלי לסימולציה רפואית (MSR), שיצר סדנה מבוססת סימולציה המתמקדת בפיתוח כישוריהם של ליצנים רפואיים מנוסים ביחד עם חוקרות מהחוג לחינוך רפואי.
הליצנים הרפואיים תורמים להשגת מטרות טיפוליות רפואיות (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)
להתמקם בעמדה הנחותה ביותר כדי להעצים את המטופל.ת
מניתוח הממצאים החוקרים זיהו 40 מיומנויות שונות של הליצנים הרפואיים להשגת ארבע מטרות טיפוליות:
- בניית קשר וחיבור מידי לצרכי ולרצונות המטופלים
- התמודדות עם רגשות וקשיים
- הגברת המוטיבציה לדבקות בתוכנית הטיפולית והעלאת תחושת השליטה
- דאגה ועידוד מטופלים
"למעשה, מכניסתם לחדר הליצנים בוחרים לחבור למטופל, לחזק אותו ולתת לו כוח ומעמד בתוך המערכת הרפואית", מסבירה פרופ' קרניאלי. "הם עושים זאת באמצעות התחברות ראשונית לקולו של המטופל ואפילו לחוסר רצונו ליישם את ההמלצה הטיפולית. זהו חיבור רגשי שבהמשך מוביל את המטופל לשנות את עמדתו ולשתף פעולה עם הצוות הרפואי".
נותנים לחולים כוח ומעמד בתוך המערכת הרפואית (צילום: עמותת רופאי חלום, ליצנים בשירות הרפואה)
לדבריה של פרופ' קרניאלי, המערכת הרפואית היררכית ולמטופלות ולמטופלים לא קל לתפקד בתוכה. לכן, אחת המיומנויות של ליצנים רפואיים היא להתמקם בעמדה הנחותה ביותר במסגרת הרפואית. כך הם מעצימים את המטופלים, מאפשרים להם כוח ושליטה, כולל הבחירה אם לאפשר לליצן להיכנס לחדר ואפילו להכתיב את אופי תפקידו מולם. כל אלו מאפשרים את הגברת תחושת השליטה ומעודד את המטופל בהתמודדותו המאתגרת.
בהקשר זה, מדגישים החוקרים כי הליצניות והליצנים ערים לקושי הרגשי הנלווה לשהות בבית החולים ולהתמודדות עם מחלה. כדי להתמודד עמו הם לעיתים מספקים הסחת הדעת מהקושי על ידי שימוש באביזרים, הומור ודמיון. הם מאפשרים הוצאת תסכולים כלפיהם, כאלו שקשה להפנות לצוות הרפואי או להורים. במצבים אחרים הם משתמשים במגע מנחם, בנגינה מרגיעה, בהקשבה אמפתית או באמירה מחזקת. היכולת לבטא רגשות ולקבל לגיטימציה חשובה ומועצמת על ידי הליצנים.
פרופ' אורית קרניאלי
לאמץ את המיומנויות גם בתחומי טיפול אחרים
"מיפוי הכישורים והמטרות של הליצנים הרפואיים בתפקידם, משפר את ההבנה של תפקידם ופעולותיהם ועשוי לסייע לאנשי מקצוע אחרים בתחום הבריאות להכיר בשיטות העבודה שלהם וביתרונות בשילובם בטיפול. יתר על כן, אנשי מקצוע אחרים בתחום הבריאות עשויים ליישם בעצמם חלק מהמיומנויות שזוהו כאשר הם מתמודדים עם האתגרים הללו", מוסיפה פרופ' קרניאלי-מילר.
"המחקר הזה חשוב כיוון שהוא מאפשר לליצנים עצמם לבנות תוכנית הכשרה, ולהתפתח ביישום מיומנויות מגוונות להשגת המטרות הטיפוליות השונות שיתאימו למטופלים שונים. בנוסף, הוא גם תורם בסיוע לאנשי מקצוע בתחום הבריאות לעבוד בשיתוף פעולה עם הליצנים הרפואיים. אם אנשי מקצוע בתחום הבריאות יידעו איך ומתי לשתף פעולה עם הליצנים הרפואיים, הם יוכלו לעזור למטופלים להתגבר על אתגרים, ובו זמנית הם עשויים להיות סובלניים יותר ל'הפרעה' של הליצנים בסדר הטיפולי בבית החולים. זה יספק לליצנים את הזמן והמרחב להתחבר למטופלים, ולעזור ולעודד מטופלים להפוך למשתתפים פעילים יותר בתוכנית הטיפול שלהם", היא מסכמת.
