מחקרים

פרופ' ג'וני גרשוני מבית הספר לביולוגיה מולקולרית של התא ולביוטכנולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס וייז, קיבל לאחרונה אישור מרשות הפטנטים של ארה"ב עבור פטנט על חיסון חדשני לנגיפים ממשפחת הקורונה.

החיסון מתבסס על פגיעה ב'עקב אכילס' של הנגיף: אזור בחלבון המעטפת של הנגיף שנקרא RBM, שבאמצעותו הנגיף נקשר לקולטן בתא האנושי כדי לחדור אליו. הפטנט אושר במרץ 2020.

רגע האמת של מחקר בן שלושה עשורים

"אני חוקר את יחסי הגומלין בין נגיפים לבין הקולטנים שלהם בתאים אנושיים כבר יותר מ-35 שנה," אומר פרופ' גרשוני. "ב-2004, בשלהי מגפת הSARS , התחלנו לחקור את הנגיף שחולל אותה, ובהמשך חקרנו גם את נגיף MERS  - שניהם נגיפים ממשפחת הקורונה. על סמך מחקרים אלה פיתחנו שיטת חיסון שעשויה להיות יעילה במיוחד, ואף הוצאנו פטנט. נגיף הקורונה החדש SARS CoV2, הגורם ל-COVID-19, מצא אותנו מוכנים. בתוך זמן קצר נוכל להתאים את הגישה שלנו כפלטפורמה לפיתוח חיסון חדשני ויעיל לקורונה".

החידוש בשיטת החיסון שפיתח פרופ' גרשוני הוא האפשרות למקד את התגובה החיסונית בנקודה הרגישה והפגיעה ביותר של הנגיף. "עיקרון הפעולה של חיסונים, ככלל, הוא שהם גורמים למערכת החיסון לפתח נוגדנים שמזהים את הנגיף או חלק ממנו, מתבייתים עליו ונקשרים אליו. בדרך זו חוסם הנוגדן את הנגיף ומונע ממנו להיקשר לתאים בגוף ולהדביק אותם," מסביר פרופ' גרשוני וממשיך "היום, במאמץ העולמי לפיתוח חיסון לקורונה, מתמקדים החוקרים בחלבון המעטפת של נגיף הקורונה, שתפקידו להכשיר את הדרך לחדירה לתאים אנושיים. ההנחה היא שנוגדנים שהגוף ייצור בעקבות החיסון יתבייתו על חלבון המעטפת וינטרלו את הנגיף. החיסון שאנחנו מפתחים יספק למערכת החיסון מטרה ממוקדת יותר, ובכך יגביר את יעילות החיסון".

להתמקד בנקודת התורפה של הנגיף

פרופ' גרשוני מסביר שחלבון המעטפת בו עוסקים רוב המחקרים הוא חלבון גדול, שכולל כ-1,200 חומצות אמיניות. חלק מהחוקרים צמצמו את עבודתם לאזור בחלבון בשם S1 שבו כ-650 חומצות אמיניות, ואחרים הצליחו להתמקד באזור של כ-200 חומצות אמיניות המכונה RBD (אתר ההיקשרות לקולטן, Receptor Binding Domain). הבעיה היא שהאזורים הגדולים הללו כוללים מגוון מטרות, מערכת החיסון מייצרת נוגדנים עבור כולן ללא אבחנה, וההתפרסות מפחיתה את יעילות החיסון.

בנוסף, בניסויים שערכו בנגיפי SARS ו-MERS, מצאו שכשאזור המטרה עליו מתבייתים הנוגדנים גדול מדי - הנגיף מפתח אסטרטגיות חכמות שמאפשרות לו לחמוק מהנוגדנים, ועלול אף להחמיר את המחלה. "לכן ככל שנצמצם את המטרה ונמקד את המתקפה, כך תגדל יעילותו של החיסון", קובע פרופ' גרשוני. "בתוך ה-RBD יש אזור קטן עוד יותר, של כ-50 חומצות אמיניות, שנקרא RBM ((Receptor Binding Motif, והוא האתר המדויק שמזהה וקושר את הקולטן שעל התא האנושי, כדי לחדור אליו ולבצע הדבקה. ה-RBM הוא נקודת התורפה של הנגיף, בלעדיו אין הדבקה, ולכן הנגיף נוקט באמצעים מרחיקי לכת כדי להסתירו מפני מערכת החיסון האנושית. הדרך הטובה ביותר 'לנצח במלחמה' היא לפתח חיסון שמתמקד ספציפית ב-RBM".

במחקרים קודמים שעסקו בנגיפי SARS ו-MERS הצליחו פרופ' גרשוני וקבוצתו לגבור על אתגרים טכניים מורכבים כדי לבודד ולשחזר את אזור ה-RBM של הנגיף – צעד חיוני בדרך לפיתוח חיסון. כעת הם מתאימים את הטכנולוגיה שפיתחו נגד נגיף הקורונה החדש SARS CoV2, הגורם למחלת הקורונה (COVID-19). עבור פיתוח זה הגישה חברת היישום של האוניברסיטה "רמות" בקשה לפטנט בארה"ב והוא כעת בתהליכי בחינה.

"ב-15 שנות מחקר בנינו בסיס איתן לפיתוח חיסון לקורונה הנוכחית, על סמך הניסיון שרכשנו בפיתוח RBM לנגיפיSARS  ו-MERS," מסכם פרופ' גרשוני. "בהמשך אנחנו מתכוונים, באמצעות חברת רמות, להעביר את הטכנולוגיה לתעשייה, לצורך פיתוח וייצור המוני של חיסון שינטרל את איום הקורונה בכל העולם".

"אנחנו יודעים שבמהלך השינה מתרחש במוח תהליך של התגבשות הזיכרון (קונסולידציה)," מסביר פרופ' יובל ניר מביה"ס סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. "זיכרונות שנצברו לאחרונה במאגר הזיכרון לטווח קצר שנמצא בהיפוקמפוס מועברים בהדרגה למאגר הזיכרון לטווח ארוך בקליפת המוח. במחקר זה ביקשנו לבחון לעומק את תהליך התגבשות הזיכרון במוח במהלך השינה – על ידי השוואה בין הפעילות המוחית באזורים שבהם הוא מתרחש לפעילות באזורים שבהם הוא אינו מתרחש."

המחקר המשותף של אוניברסיטת תל אביב ומכון ויצמן למדע הניב שיטה חדשנית לבדיקה ולהשפעה נפרדת על תהליך התגבשות הזיכרון בצד אחד של המוח במהלך השינה. השיטה, המתבססת על הזרמת ניחוח מעורר זיכרון לאחד הנחיריים בלבד, עשויה בעתיד לסייע בחיזוק הזיכרון בצד הפגוע אצל נפגעי מוח. בנוסף היא עשויה לסייע בהשבת האיזון למוחם של נפגעי פוסט-טראומה.

מובילי המחקר הם: אלה בר, דוקטורנטית משותפת של אוניברסיטת תל אביב ומכון ויצמן למדע, פרופ' יובל ניר מביה"ס סגול למדעי המוח והמחלקה לפיזיולוגיה ופרמקולוגיה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת תל אביב, פרופ' ידין דודאי, פרופ' נעם סובל ופרופ' רוני פז מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע. המחקר התפרסם בכתב העת Current Biology.

מחקר בניחוח ורדים

משתתפי המחקר התבקשו ללמוד את מיקומן של מילים שהופיעו מולם על מסך בזו אחר זו – חלקן מימין וחלקן משמאל. "ידוע לנו ממחקרים אחרים שדברים המופיעים בשדה הראיה השמאלי נשמרים בצדו הימני של המוח, ולהפך," אומרת אלה בר. "מבלי שהנבדקים ידעו על כך, חילקנו את המילים באופן שווה – חציין הופיעו מימין וחציין משמאל." בנוסף, במהלך הלמידה, הוזרם ריח נעים של ורדים דרך מסיכה שכיסתה את אפם של הנבדקים. מיד לאחר הלמידה ביצעו הנבדקים מבחן זיכרון על המילים אותן הם למדו.

לאחר מבחן הזיכרון התבקשו הנבדקים לישון בחדר שיועד לכך. בעזרת מתקן שתוכנן במיוחד, המפריד בין הסביבה הנשימתית של שני הנחיריים, החדירו החוקרים פולסים של ניחוח ורדים רק לאחד הנחיריים של הנבדק הישן. "הריח, שקושר במוחם של המשתתפים למטלת הלמידה שבוצעה קודם לכן, הגיע מהנחיר אליו הוא הוזרם אל החלק של המוח באותו הצד," אומרת אלה. "אנחנו בדקנו את השפעתו על תהליך התגבשות הזיכרון בצד המושפע מהריח לעומת הצד שלא קיבל פולסים של ריח ורדים."

הקשר בין ריח, שינה והתגבשות הזיכרון

החוקרים נעזרו במכשיר EEG כדי להשוות בין גלי המוח בשני צידי המוח. ואלו היו הממצאים:

• בזמן מתן פולסי הריח יש עלייה בעוצמת גלי המוח הקשורים להתגבשות הזיכרון, ובצד הקולט נצפה סנכרון מוגבר בין גלי המוח – תופעה אשר ככל הנראה מעודדת את תהליך התגבשות הזיכרון.
• השינה בצד של המוח שקלט את הריח הייתה קלה יותר באותה עת, וככל שהשינה הייתה קלה יותר כך השתפר הזיכרון של הנבדק (על פי המבחן הסופי).
• והמבחן המכריע מכל: לאחר שהתעוררו התבקשו הנבדקים לעבור מבחן זיכרון נוסף למילים אליהן נחשפו לפני שנרדמו. "מצאנו שמיקומי המילים שנשמרו בצד המוח שהושפע מהריח נזכרו טוב יותר במידה משמעותית ממיקומי המילים שנשמרו בצד השני." אומרת אלה בר.

"השיטה שפיתחנו מאפשרת לראשונה להשוות בין תהליכי התגבשות הזיכרון בשני צדי המוח – באותו אדם ובאותו שלב של השינה, והיא תסייע לנו ולחוקרים אחרים במחקרי המשך להבנת תרומת השינה לזיכרון," מסכם פרופ' ניר. אלה מוסיפה: "בנוסף מצאנו שהשיטה מעצימה את התגבשות  הזיכרון באחד מצדי המוח, ולכן היא עשויה לשמש בסיס לפיתוח טיפולים בקליניקה. טיפול כזה עשוי לסייע למטופלים עם פגיעה מוחית בעקבות תאונה או שבץ, וגם לנפגעי פוסט טראומה - אצלם יש פעילות יתר של צידו הימני, הרגשי, של המוח בעת היזכרות בחוויה הטראומטית; חיזוק הצד השמאלי, האחראי לביטוי המילולי של הטראומה, עשוי לייצר איזון ולסייע להם בהתמודדות."

"אטופיק דרמטיטיס, המכונה גם 'אסתמה של העור', היא מחלה אלרגית כרונית שגורמת סבל ניכר ל-11-7% אחוזים מהאוכלוסייה. על פי הערכות שונות לוקים בה כ-30-18 מיליון בני אדם בארה"ב בלבד. בנוסף, חוקרים רבים סבורים שמחלה זו מהווה פתח להתפתחותן של מחלות אלרגיות נוספות, כמו אסתמה של דרכי הנשימה." אומר פרופ' אריאל מוניץ מהמחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה קלינית בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר. "במחקר זה ביקשנו לחקור ולהבין לעומק את המנגנון העומד בבסיס מחלת האטופיק דרמטיטיס, ולנסות לפתח עבורה תרופה פוטנציאלית."

מובילי המחקר הם פרופ' מוניץ  ופרופ' איתי בנהר מבית הספר לביולוגיה מולקולרית של התא ולביוטכנולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס.וייז, שגילו מנגנון מרכזי בהתפתחותה של מחלת העור, ופיתחו תרופה פוטנציאלית שחוסמת את המנגנון ועשויה בעתיד למנוע או לרפא את המחלה. המאמר פורסם לאחרונה בכתב העת Science Immunology.

מי החלבון הדומיננטי שגורם למחלה?

"כבר זמן רב ידוע שבתהליך הדלקתי שגורם לאטופיק דרמטיטיס (וגם למחלות אלרגיות נוספות) משתתפים שני חלבונים מרכזיים: אינטרלוקין 13 המכונה 13-IL ואינטרלוקין 4 המכונה 4-IL." מסביר פרופ' בנהר. "חברות תרופות בכל העולם מנסות לפתח תרופות המבוססות על חסימת שני החלבונים, ותרופה אחת כזאת אף אושרה על ידי מנהל התרופות האמריקאי (FDA) ונכנסה לאחרונה לשימוש. עם זאת, אופן הפעולה המדויק וחלוקת התפקידים בין שני החלבונים בגרימת המחלה אינם ידועים עדיין, ומרבית החוקרים בתחום מתייחסים אליהם בדרך כלל כאל מקשה אחת. לפיכך, בשלב הראשון של המחקר ביקשנו להבחין בין שני החלבונים ולהבין איזה מהם הוא הדומיננטי בגרימת המחלה."

כדי לזהות את המחולל העיקרי של אטופיק דרמטיטיס יצרו החוקרים עכברים מהונדסים גנטית אשר אינם מבטאים קולטן מרכזי שנקשר לחלבונים  IL-13 ו-IL-4 שם הקולטן: IL-13Rα1. הם מצאו שעכברים אלה עמידים למחלה: כאשר הם נחשפים לאלרגן שמייצר אטופיק דרמטיטיס, הם נותרים בריאים. מכאן הסיקו החוקרים שקולטן זה חיוני להתפתחות המחלה. בהמשך הם נטרלו לסירוגין את שני החלבונים 13-IL ו-4-IL, והראו כי המסלול הדומיננטי להתפתחות המחלה עובר דרך קישור בין הקולטן לחלבון IL-13 (ולא ל-IL-4 ).  

הנוגדן שחוסם את מסלול המחלה

בשלב הבא הסתמכו החוקרים על ממצאיהם על מנת לפתח טיפול פוטנציאלי לאטופיק דרמטיטיס: הם פיתחו נוגדן ייעודי – חלבון שנקשר לקולטן הרלוונטי בעכברים, ובכך חוסם אותו ומונע את היקשרותו לכל חלבון אחר, כולל IL-13. הטיפול נוסה בעכברים במודל לאטופיק דרמטיטיס, והוכח כתרופה יעילה: העכברים החלימו מהמחלה.

לאור התוצאות המבטיחות בעכברים, עברו החוקרים לשלב הקריטי במחקרם: הם פיתחו נוגדן שנקשר לאותו קולטן בבני אדם, ונועד לחסום את מסלול המחלה ולשמש כתרופה פוטנציאלית לאטופיק דרמטיטיס. הטיפול פורץ הדרך נוסה בהצלחה בתרביות של תאים אנושיים.

"המחקר שלנו מביא גישה חדשה לטיפול באטופיק דרמטיטיס ואולי גם במחלות אלרגיות כרוניות נוספות, כמו אסתמה של דרכי הנשימה ו– EoE -מחלה אלרגית כרונית קשה של הוושט שמצריכה דיאטה קיצונית. במסגרת המחקר פיתחנו נוגדן המנטרל את מסלול המחלה בבני אדם, ועשוי לשמש כתרופה עתידית. מטרתנו כעת היא לקדם את תהליך הפיתוח ובהמשך להגיע לניסויים קליניים בבני אדם.״ מסכם פרופ' מוניץ.

משלחת חפירה ארכיאולוגית גילתה שלפעמים, ממש כמו בפתגם הידוע, כדאי להסתכל בקנקן. "באחת ממשלחות החפירות במגידו הורדנו את המחיצות המפרידות בין ריבועי החפירה, ומצאנו כלי חרס שלם מלא בעפר", מספרת נעמה ולצר, דוקטורנטית בחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום באוניברסיטת תל אביב.

"ארזנו אותו והתכוונו לשלוח אותו למעבדה לבדיקת שיירים מולקולאריים, כדי לגלות מה שמרו בתוך כלי חרס זה, שתוארך לסביבות 1100 לפנה"ס". הכלי נשאר במשרד ולאחר זמן מה התברר שהשימור באזור זה של החפירה לא מספיק טוב. לכן החליט הצוות לרוקן אותו מן העפר, באופן מבוקר כמובן, ושפך את תכולתו על השולחן. "את מה שחיכה לנו שם לא ציפינו למצוא: אוצר תכשיטים יקרי ערך, שנחשב לאחד המטמונים העשירים ביותר מתקופת המקרא שנמצאו בישראל!".

^{חשוב להסתכל בקנקן. כד החרס שנתגלה בחפירות מגידו. צילום באדיבות המכון לארכיאולוגיה ע״ש סוניה ומרקו נדלר}

בין היתר, נמצאו במטמון תשעה עגילים גדולים וטבעת חותם עם חריטה של דג עשויים זהב, למעלה מאלף חרוזי זהב קטנים, מחרוזות ותכשיטים עשויים כסף. "כך מצאנו את המטמון הגדול של שטח H, שמוצג היום בתצוגה הקבועה של מוזיאון ישראל בירושלים", מסכמת ולצר.

אם גם אתם בעניין חפירות ואוצרות, תשמחו לדעת שהרישום לעונת החפירות במגידו בקיץ 2020 בעצומה.

^{עגילים, טבעות וחרוזי זהב. אחד המטמונים העשירים ביותר מתקופת המקרא שנמצאו בישראל. צילום באדיבות המכון לארכיאולוגיה ע״ש סוניה ומרקו נדלר}

התיעוד הכי ארוך במקום הכי נמוך

מים שקטים חודרים עמוק, עמוק מאוד, ואפילו יכולים לחולל רעידת אדמה של ממש: "חיפשתי מקומות שבהם אפשר לדגום סלע, ששקע בסביבה שקטה על קרקעית אגם ים המלח", נזכר פרופ' שמוליק מרקו, ראש בית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר.

"המטרה הייתה למדוד את התכונות המגנטיות של הסלע, על מנת לשחזר את השינויים שחלו בשדה המגנטי של כדור הארץ בעבר. המידע הזה חיוני להבנת ההתנהגות של השדה, שמהווה אחת התעלומות החשובות בגאולוגיה. לחוקרים אין עדיין הסבר מניח את הדעת למנגנון שגורם לשינויים שחלים בשדה המגנטי, כגון היפוכים מפתיעים או שינויים מתמידים במיקום הקטבים המגנטיים. תוך כדי דגימה בסלעים, שנראו מסודרים כאילו ששום דבר לא הפר את שלוותם מעולם, מצאתי שכבות שנראו מבולגנות. המחקר תפס תפנית לא צפויה, ואחרי שמצאתי הוכחות לכך שאת ה״בלגן״ חוללו רעידות אדמה - זה הפך לנושא העיקרי של המחקר".

^{במקום הכי נמוך. שכבות סלע בים המלח}

בגלל שסיסמוגרפים מודרניים קיימים רק כמאה שנה, זה זמן קצר מדי בכדי לתעד מספיק רעידות אדמה חזקות באזור מסוים, ולכן אי אפשר לדעת איך האזור מתנהג בפרקי זמן ארוכים. אצלנו בישראל למשל, יש תיעוד החל מתקופת התנ"ך (כ-3,000 שנה), וזה עדיין נחשב מעט. "אבל עכשיו יש לנו תיעוד של רעידות האדמה שקרו בסביבות ים המלח ב-220 אלף השנים האחרונות, שנחשב לשיא עולמי, היות ואין עוד תיעוד כל כך ארוך ורציף בשום מקום בעולם", מסכם פרופ' מרקו.

^{מסודרות ומבולגנות. שכבת סלע שהסדר המקורי בה הופר בין שכבות מסודרות}

הארה ממקום לא צפוי

לקראת סיום לימודי פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ייל, החליטה ד"ר אינס צוקר מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן להנחות סטודנט לתואר ראשון במחקר קצר ומבטיח, שההיפותזה שלו התבססה על תוצאות קודמות.

אבל כמו שכולנו יודעים, רק דבר אחד בטוח, וכל השאר נתון לשינויים: "מטרת המחקר הייתה להראות הבדל בפגיעה בליפוזומים (מעין כדוריות מיקרוסקופיות בנויות מחלל מוקף ממברנה וממולאות בנוזל פלוריסנטי, המשמשות כיום כלי חשוב הן במחקר אקדמי של ממברנות ביולוגיות והן ברפואה), על ידי ננוחומר בשם MnO2, המיוצר במבנים שונים", מסבירה ד"ר צוקר.

"בעבר, הראינו דליפה של חומר פלוריסנטי (כלומר, פגיעה בשלמות הליפוזום), כתלות בתכונות פני השטח של ננוחומרים, והפעם רצינו להראות זאת כתלות במבנה. אבל... למחקר חוקים משלו - לא הצלחנו לזהות שום פגיעה כזו. רגע לפני שהמחקר נגנז, לקחנו את המערכת למיקרוסקופ פלוריסנטי, שבו ראינו למרבה ההפתעה כי הליפוזומים והננוחומר עוברים אינטראקציה מסוג שאינו נצפה בעבר בהקשר זה: הליפוזומים עוטפים את הננוחומר, אבל נשארים ככדוריות שלמות ללא דליפה! זה אכן היה נס גדול ומאיר תרתי משמע".

^{"הרבה פעמים גילויים לא צפויים מפתיעים אותנו". ד"ר צוקר במעבדה}

הלו ספייסבוי

עוד ערב שגרתי של סקירת חלל בטלסקופ רובוטי על ידי ד"ר יאיר הרכבי מהחוג לאסטרופיזיקה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, הוביל לתצפית בתופעה שטרם נראתה כמותה: כוכב שחזר לחיים.

"לפני כמה שנים נתקלנו ב'כוכב שלא רצה למות', והמשיך להתפוצץ שוב ושוב", מספר הרכבי. "בכל לילה הטלסקופ היה מוצא המון דברים חדשים, רובם לא מעניינים. גם לגבי הסופרנובה הזו (שהיא כוכב שהתפוצץ) חשבנו בהתחלה שהיא לא מעניינת, כי כשהסקר תפס אותה לראשונה היא הייתה בשלב דעיכת האור וחשבנו שזהו, פספסנו את החלק המעניין. אבל אחרי כמה שבועות שמנו לב שהסופרנובה התחילה להתבהר מחדש, שזה משהו שלא אמור לקרות, ולכן התחלנו להתעניין ולעקוב אחרי הסופרנובה עם טלסקופים נוספים".

^{סופרנובה מתפוצצת במרחק שנות אור}

"בדרך כלל, בפיצוץ של כוכב עוצמת האור עולה ויורדת ונעלמת אחרי כמה חודשים. במקרה הזה עוצמת האור עלתה וירדה, ואז עשתה זאת ושוב. סה״כ חמש פעמים במשך שנתיים. מה שהפתיע אותנו עוד יותר הוא שגילינו שהכוכב הזה בעצם התפוצץ כבר ב-1954, ואחרי שכוכב מתפוצץ הוא לא אמור להתפוצץ עוד פעם, כי הרי לא אמור להיות יותר כוכב אחרי הפיצוץ. עד היום אף אחד לא מצליח להסביר מה בדיוק קרה שם, ומאז לא ראינו אירוע דומה".

^{אי אפשר לדעת מה יילד לילה. ד"ר הרכבי ומצפה כוכבים בהוואי}

לא לריב, יש מקום לכולן

קרה לכם פעם שחיפשתם פיתרון לבעיה, ועל הדרך מצאתם תשובה לשאלה נוספת, אחרת לחלוטין? זה בדיוק מה שקרה לפרופ' נועם שומרון מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר.

"רצינו לפתור זיהוי של מחלה אחת, ראינו נוספות בדרך ולכן שמנו אותן כמטרה נוספת למחקר", הוא מספר. "עקבנו אחרי אלפי נשים בהריון, כדי לאפיין מולקולות בדם היכולות להוות סמנים מוקדמים לרעלת היריון, שעשויה להופיע רק בקרב נשים הרות, החל מהשבוע ה-20 ואילך. לא רק שמצאנו אותן, אלא גם הצלחנו לאפיין בדרך מולקולות היכולות להעיד על סכרת היריון" (אין קשר בין שתי המחלות, מלבד העובדה שהן מתרחשות בהיריון).

"מה שמרגש בכל הסיפור הזה, הוא שכיום אין עדיין דרך לזהות בבדיקת דם פשוטה בשליש הראשון להיריון מחלות הפורצות רק בשליש השני או השלישי, אבל התגלית שלנו תאפשר לפתח בדיקות פשוטות מסוג זה עבור שתי המחלות, כדי לנקוט אמצעי מניעה כבר בשלבים מוקדמים ולהבטיח את שלום האם והעובר".

^{פרופ' שומרון מספר על התגלית המקרית באירוע "אתנחתא"}

"אנטרופיה מוגדרת כרמת אי-הסדר של מערכות בטבע," מסביר פרופ' בק-ברקאי מבית הספר לפיזיקה של אוניברסיטת תל אביב. "לדוגמה, לגביש, שבו כל אטום נמצא במקומו, יש אנטרופיה נמוכה; לעומת זאת לגז, שבו האטומים משוטטים באופן אקראי בחלל, יש אנטרופיה גבוהה. האנטרופיה היא מדד חשוב מאוד במחקר על מערכות מסוגים שונים - החל במולקולות מורכבות של חלבונים, וכלה בחומרים חדשים שאנו מפתחים למגוון צרכים. אך שיטות המחקר המקובלות היום, המסתמכות על סימולציות מחשב של תהליכים פיזיקליים, אינן מסוגלות לספק ביעילות מדד אמין לאנטרופיה. זאת מכיוון שככל שהמערכת מורכבת יותר, כמו למשל מולקולת חלבון, יש לה מספר אינסופי של מצבים אפשריים במרחב, וגם מחשב-על מתקדם יתקשה לחשב את כולם ולקבוע בסימולציה את רמת הסדר במערכת. בעיה זו מעסיקה את טובי המדענים כבר שנים רבות, אך עד כה לא נמצא לה פתרון יעיל ומספק."

איך מחשבים אי-סדר?

כעת, חוקרים ממעבדתו של פרופ' בק-ברקאי מצאו מענה פורץ דרך, יעיל ונגיש לסוגיה הקשה, ופיתחו שיטה פורצת דרך לחישוב האנטרופיה. את המחקר הוביל הדוקטורנט רם אבינרי ממעבדתו של פרופ' בק-ברקאי. המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters.

החוקרים הבחינו כי המשוואה המשמשת לקביעת אנטרופיה בפיזיקה זהה למשוואת אנטרופיה מתורת האינפורמציה, שיש לה תפקיד מרכזי בתוכנות נפוצות לכיווץ נתונים כגון ZIP, המצויות בכל מחשב וטלפון חכם. "אלגוריתם זה מהווה חסם עליון שקובע לאיזה גודל ניתן לכווץ את הקובץ הרלוונטי," אומר פרופ' בק-ברקאי. "למעשה בעידן הדיגיטלי כל המסמכים, מתמונות ומצגות ועד מסמכי WORD, עוברים כיווץ כדי שיתפסו פחות מקום במחשב או למטרת משלוח דרך האינטרנט. האלגוריתם לכיווץ נתונים סורק את הקובץ, וכשהוא מזהה דפוסים שכבר הופיעו קודם לכן, הוא אינו כותב אותם מחדש אלא מייצר הפניה לאזכור הקודם. בדרך זו הוא חוסך מקום והקובץ קטן. ככל שיש בקובץ חזרות רבות יותר, כך הוא בעצם מסודר יותר, ואז הקובץ המכווץ קטן יותר, וגם מדד האנטרופיה של המידע נמוך יותר."

לאחר שהבחינו בקשר בין האלגוריתם לכיווץ נתונים לבין משוואת האנטרופיה, הזינו החוקרים תוצאות של סימולציות מחשב פיזיקליות של מערכות מורכבות לתוכנות כיווץ מוכרות, המצויות היום בחינם בכל מחשב וטלפון חכם. התוכנות יצרו מהנתונים קבצים מכווצים, והחוקרים מצאו כי ניתן לתרגם את גודל הקובץ המתקבל למדד מדויק של אנטרופיה. כך הם יצרו לראשונה כלי נוח ויעיל לכימות האנטרופיה של מערכות מורכבות ביותר – ממערכות מגנטיות ועד למולקולות חלבון.

"חשיבותה של השיטה שלנו היא בפשטותה ובנגישותה," מסכם פרופ' בק-ברקאי. "מדובר בבשורה של ממש לחוקרים בתחומים רבים – מביולוגיה וכימיה ועד פיזיקה, מדע החומרים וננוטכנולוגיה. לראשונה יכול כל חוקר לכמת את האנטרופיה של מערכות מורכבות בקלות וביעילות, על המחשב האישי ואף על הטלפון הנייד שלו. לבעיה שהעסיקה את טובי המוחות נמצא כעת פתרון אמין ונוח, בעל יישומים פוטנציאליים רבים. כך לדוגמה ניתן באמצעות השיטה החדשה לזהות חלבונים בעלי צורת קיפול חריגה הגורמת למחלה; לחקור תהליכים של הרכבה עצמית הקשורים לייצור חומרים חדשניים; ולאפשר הבנה טובה יותר של תהליכים פיזיקליים מורכבים שעומדים בחזית הטכנולוגיה העתידית."