NEWS

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט נדב אלקושי ופרופ' כרמית לוי מהמחלקה לגנטיקה של האדם ולביוכימיה, הפקולטה לרפואה, ובשיתוף שורה של חוקרים נוספים מהאוניברסיטה, המרכז הרפואי וולפסון, מכון ויצמן למדע, אוניברסיטת קליפורניה ואוניברסיטת פריז-סאקלה. המחקר פורסם בכתב העת Journal of Investigative Dermatology מבית Nature.

"מנגנון תיקון הדנ"א אומר לכל שאר המנגנונים בתא: 'עצרו הכול ותנו לי לעבוד בשקט'"

"יש לנו שני מנגנונים שנועדו להגן על העור מפני חשיפה מסוכנת לקרינת UV. המנגנון הראשון מתקן את הדנ"א בתאי העור שנפגעו בעקבות הקרינה, והמנגנון השני אחראי על ייצור מוגבר של מלנין, שמכהה את העור במטרה להגן עליו מפני חשיפות לקרינה בעתיד, כלומר שיזוף", מסביר נדב אלקושי. "במחקר הצלחנו לגלות למה תופעת השיזוף לא מתרחשת מיד כאשר הגוף נחשף לשמש אלא באיחור מסוים. מסתבר שהמנגנון שמתקן את הדנ"א שלנו מקבל קדימות על פני כל שאר המערכות בתא, ולמעשה משתק באופן זמני את מנגנון הפיגמנטציה. רק אחרי שהתאים מתקנים את המידע הגנטי כמיטב יכולתם, התאים מתחילים לייצר את המלנין המוגבר", הוא מוסיף.

כדי לבדוק את השערתם, החוקרים מאוניברסיטת תל אביב הפעילו את מנגנון תיקון הדנ"א, הן בחיות מודל והן ברקמות עור אנושיות, והתוצאה הייתה שיזוף, ללא כל חשיפה ל-UV. "על המידע הגנטי מוכרחים להגן מפני מוטציות, ולכן מנגנון התיקון הזה מקבל קדימות בתוך התא בזמן החשיפה לקרינה על-סגולה מהשמש", מסבירה פרופ' כרמית לוי. "מנגנון תיקון הדנ"א אומר לכל שאר המנגנונים בתא: 'עצרו הכול ותנו לי לעבוד בשקט'. המערכת האחת ממש משתקת את המערכת השנייה, עד שהתיקון מגיע לשיא כמה שעות אחרי החשיפה ל-UV, ורק אז מנגנון ייצור הפיגמנט נכנס לפעולה".

לדבריה, במחקר הקודם שלהם הראו החוקרים שחלבון אחד בשם MITF, שעובר שיפעול בזמן החשיפה, הוא הבקר של שני המנגנונים האלה. "כאן אנחנו מראים שחלבון בעל תפקיד מפתח בתיקון דנ"א, ATM, מפעיל מנגנון אחד ומשתק את השני, כנראה כדי להשתמש גם בפקטורים של מנגנון הפיגמנטציה, במטרה למקסם את הסיכוי של התא לשרוד ללא מוטציות לאחר החשיפה לקרינה".

"תגלית מדעית זו חושפת מנגנון מולקולרי אשר באמצעות מחקרי המשך יוכל להוביל ליצירת טיפולים חדשניים שיקנו הגנה מקסימלית על העור מפני נזקי קרינה, ואף למנוע בעתיד הרחוק יותר התפתחות סרטני עור", מסכמת פרופ' לוי.

את השיטה החדשה פיתחו הדוקטורנט יצחק גרינברג וד"ר אורן בן-צבי, בהנחיית פרופ' יפתח יעקובי מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ופרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מבית הספר לרפואת שיניים בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, ומהמרכז לננו-מדע ולננו-טכנולוגיה. תוצאות המחקר המבטיח פורסמו בכתב העת החשוב Carbon Energy.

תהליך ייצור שיעיל יותר ב-90%

"המימן נדיר מאוד באטמוספרה", מסביר יצחק גרינברג, "והוא מופק על ידי אנזימים שקיימים ביצורים מיקרוסקופיים, שמקבלים את האנרגיה לכך מתהליכי פוטוסינתזה. במעבדה אנחנו מחשמלים למעשה את אותם אנזימים, כלומר אלקטרודה מחליפה את השמש ומספקת את האנרגיה. התוצאה היא תהליך יעיל, ללא דרישה לתנאים קיצוניים. עם זאת, האנזים 'בורח' מהמטען החשמלי וצריך להחזיק אותו במקום באמצעות טיפול כימי. אנחנו מצאנו דרך קלה ויעילה להצמיד את האנזים לאלקטרודה ולנצל אותו".

במחקרם החדש, החוקרים השתמשו בהידרוג'ל (ג'ל מבוסס מים) כדי לחבר את האלקטרודה לאנזים, וכך הצליחו לייצר מימן ירוק באמצעות זרז ביולוגי, וביעילות של מעל 90%, כלומר שמעל ל-90% מהאלקטרונים שהוכנסו למערכת נשארו במימן ללא תהליכי משנה.

"החומר של הג'ל עצמו מוכר, אבל השימוש בו להפקת מימן הוא חידוש שלנו", מסביר פרופ' יפתח יעקובי. "הספגנו את האלקטרודה בג'ל הזה, שהכיל אנזים לייצור מימן בשם הידרוגנאז. הג'ל מחזיק את האנזים לאורך זמן גם תחת המתח החשמלי ומאפשר לייצר מימן ביעילות גבוהה ובתנאים סביבתיים שנוחים לאנזים, כלומר גם במי מלח, בניגוד לאלקטרוליזה שמצריכה מים מזוקקים. פרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ  מוסיפה: "יתרון נוסף הוא שהג'ל מרכיב את עצמו: מכניסים את החומר לתוך מים והוא עובר הרכבה עצמית, כלומר מסתדר לסיבים ננו-מטריים שיוצרים את הג'ל. אנחנו הראינו שהסיבים הללו מסוגלים להדביק את האנזים לאלקטרודה. את הג'ל בדקנו על שני אנזימים נוספים, מלבד הידרוגנאז, והוכחנו שהוא מסוגל להדביק אנזימים שונים לאלקטרודה".

"כיום הפקה של מימן 'ירוק' נעשית בעיקר באמצעות אלקטרוליזה, שמצריכה מתכות יקרות ונדירות כמו פלטינה בנוסף לזיקוק של המים, דבר שמייקר את המימן ה'ירוק' עד פי 15 מה'אפור' המזהם. אנחנו מקווים שבעתיד אפשר יהיה לנצל את השיטה שלנו באופן מסחרי, להוזיל את העלויות ולעבור להשתמש במימן 'ירוק' – הן בתעשייה, הן בחקלאות והן כמקור אנרגיה נקי, מסכם ד"ר אורן בן-צבי.

המחקר הבינתחומי נערך על ידי צוות חוקרים משותף של אוניברסיטת תל אביב: פרופ' יוסי יובל וד"ר איה גולדשטיין מהמעבדה לחקר העטלפים, בית הספר לזואולוגיה, בית ספר סגול למדעי המוח ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט ופרופ' אלכסנדרה צ'ודונובסקי, פרופ' עודד פוטצ'טר ואדריכלית ד"ר לימור שעשוע-בר ז"ל מבית ספר פורטר לסביבה וכדור הארץ. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Applied Geography.

"איי חום עירוניים הם תופעה עירונית מוכרת. אלה שטחים אורבניים צפופים החמים בכמה מעלות יותר מסביבתם,  אלא שמסיבות אובייקטיביות וסביבתיות, לעתים קשה למדוד אותם. כך למשל, כמעט בלתי אפשרי להציב תחנות מדידה נייחות בכל רחוב, וגם שליחת אנשים ניידים עם חיישנים דורשת השקעה כספית גדולה. בנוסף, תחנות מדידה מודדות רק סמוך לקרקע, ולא מודדות טמפרטורה בתלת ממד. פתרון אפשרי אחד הוא שימוש ברחפנים, אבל גם פתרון זה הוא בעייתי מבחינת אישורי תעופה להטיס רחפנים באזורים עירוניים ואחרי 20 דקות טיסה הם צריכים לנחות ולהיטען שוב", מסבירה פרופ' צ'ודונובסקי.

במחקר הנוכחי צוות החוקרים החליט לנצל את הערך המוסף של העטלפים שנחשבים לנווטים מעולים וגם מתמצאים מצוין בשטחים עירוניים. "עטלפים הם טייסים מוצלחים בהרבה מרחפנים", אומר פרופ' יובל. "הם יכולים לעוף 100 ק"מ בלילה אחד, והם פעילים בלילה כאשר תופעת איי החום נמצאת בשיא עוצמתה".

לצורך הניסוי, החוקרים הצמידו חיישני חום זעירים לעטלפי פירות מצריים ממושבת עטלפים עירונית, ושחררו אותם במרכז העיר תל אביב. העטלפים הנבונים לא התקשו למצוא את דרכם הביתה, ובדרך הם מיפו את האוויר מעל אזורים שונים כמו מרכז העיר, נתיבי איילון, פארק הירקון והרצליה.

"בזכות העטלפים הצלחנו לייצר מפה תלת ממדית ראשונה של איי חום עירוניים בגוש דן"

תמונה אקלימית רחבה בזמן קצר

הניסוי נערך בחורף, בין שמונה בערב לשתיים לפנות בוקר, ובין היתר, החוקרים גילו פערים של בין 2 ל-5 מעלות צלזיוס בין אזורים אורבניים צפופים לפארקים עירוניים. החוקרים השוו את הנתונים ששידרו העטלפים לארבע תחנות מטאורולוגיות בתל אביב, ובמקביל הפעילו ניסוי שטח רחב היקף של תחנות מטאורולוגיות ניידות לאימות הנתונים. בנוסף, הם ציידו אנשים עם מכשירים דומים ושלחו אותם לחלקים שונים של העיר כדי לבצע מדידות דומות.

^{איי חום תל אביביים כפי שמופו בעזרת העטלפים}

"מצד אחד, מדובר בחיישני טמפרטורה קלים מאוד במשקל של 0.2 גרם, כך שהם לא מדויקים כמו תחנה מטאורולוגית כבדה. אבל מצד שני, היתרון שלהם הוא בכך שהם אפשרו לנו לקבל תמונה אקלימית רחבה בזמן קצר. מניתוח המדידות עלה כי באזור איילון המדידות היו חמות מאוד, לעומת פארק הירקון, שם טמפרטורת האוויר צונחת וברגע שהעטלף חוצה את פארק הירקון להרצליה - הטמפרטורה שוב עולה. בזכות העטלפים הצלחנו לייצר מפה תלת ממדית ראשונה של איי חום עירוניים בגוש דן".

להמשיך ולהיעזר בטבע כדי לחקור

החוקרים מאוניברסיטת תל אביב מכנים את גישתם המקורית בשם "דגימה בסיוע ביולוגיה" (Biology-Assisted Sampling), ולדברי פרופ' צ'ודונובסקי – הם בהחלט לא מתכוונים לעצור בעטלפים: "עלינו להיעזר בכל פלטפורמה ניידת שיכולה לסייע לנו. כמו שהעטלפים עזרו לנו למפות איי חום עירוניים, כך יונים יכולות למפות זיהום אוויר עירוני בלי מאמץ רב, ולחסוך לנו המון כסף והמון שנות מחקר מפרך".

"יש המון דיבור על ערים חכמות ועל 'האינטרנט של הדברים'", מוסיף פרופ' יובל, "אבל יש בעלי חיים רבים שכבר מסתובבים בעיר ואפשר להתקין עליהם חיישנים זעירים שלא פוגעים בהתנהגותם. למשל, אם אנחנו רוצים לנטר זיהום במערכת הביוב? במקום להפעיל מכונות יקרות ומורכבות, אפשר להיעזר בחולדות שמסתובבות שם כל הזמן".

את המחקר הנחו החוקרים פרופ' עירית גת-ויקס ופרופ' ערן בכרך, בהובלת הדוקטורנטים אופיר כהן וגל ינקוביץ מבית הספר ע"ש שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן, בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז. המחקר  פורסם בכתב העת היוקרתי “Cell Systems”.

"באוכלוסייה כללית, אנשים יגיבו באופן שונה לזיהומים ולכן קיים צורך בכלים רפואיים שיצביעו כיצד כל אדם צפוי להגיב למחלה זיהומית מסוימת", מסבירה פרופ' גת-ויקס ומרחיבה "עד כה, היו קיימים בעולמות המדע מדדים כלליים ביותר לאפיון מחלות אלו, דוגמת סמנים דלקתיים, חום, בדיקות שתן וכד'. תגובה, שבמדדים אלה תיראה אחידה, יכולה למעשה להתחלק לתגובות שונות בהתמודדות עם גורם המחלה. במקרי קצה, כפי שראינו למשל במגפת הקורונה, התגובה החיסונית של האדם לנגיף יכולה להגיע למצב קטלני, וזיהוי מקדים של תגובתו יכול לסייע לנו להציל חיים. ההתבוננות החדשה שלנו וחלוקת התגובה הדלקתית נתנה לנו את היכולת למצוא מדדים וסמנים חדשים שיש בגופנו, ממש בזרם הדם. משמע, מדגימת דם פשוטה נוכל ללמוד הרבה יותר על מצבו הבריאותי של האדם שחלה, ולתת לו טיפול מקיף יותר בהתאם להתפתחות הזיהום בגופו".

"הצלחנו להתבונן בתגובת מערכת החיסון ברזולוציה עמוקה, ולזהות שני סוגי תגובה עיקריים: האחד, בו מערכת החיסון נלחמת בפתוגן שחדר לגוף, והסוג השני, בו מתרחש תיקון הנזקים בגוף 'לאחר המלחמה' בפתוגן. במחקרנו, השתמשנו במודלי מחלה בחיות, בכלים חישוביים, ובמידע שנאסף מאנשים עם סמנים שונים בגופם המהווים אינדיקציה לסוג התגובה לפתוגן", מסביר פרופ' בכרך.

"למעשה, רפואה אישית קיימת היום במחלות 'סדורות' דוגמת סרטן, אך אין כמעט שימוש בכלים של רפואה אישית בתחום המחלות הזיהומיות. אנשים בעלי תגובות קיצוניות להדבקה במיקרואורגניזמים, כדוגמת נגיפים או חיידקים, מצויים כיום בחוסר מענה רפואי הולם. אנו מאמינים שבזכות מחקר זה, רופאים יוכלו לאבחן טוב יותר את מצבו של החולה וכתוצאה מכך להעניק טיפול יעיל שישפר את סיכויי ההחלמה של המטופל. אנו שואפים להמשיך את המחקר ולגלות עוד תת-קבוצות בעלות תגובות שונות בקרב האוכלוסייה, כך שנוכל לעזור לרופאים לדייק את אבחנתם ולתת מענה הולם לחולים", מסכמת פרופ' גת-ויקס.

^{פרופ' עירית גת-ויקס ופרופ' ערן בכרך}