רעיונות מכון ויצמן למדע

חיידקים, אנשים, והמספרים שביניהם

 

חיידקים, אנשים, והמספרים שביניהם

תחת אמברגו עד יום חמישי, 28 בינואר, בשעה 19:00 (זמן ישראל)

כמה חיידקים "מתארחים" דרך קבע בגופו של אדם רגיל? לפי ההערכה הנפוצה בעשורים האחרונים בעולם המדע, מספרם של החיידקים גדול פי 10 ממספר תאֵי האדם. כלומר, תאי האדם הם במיעוט בולט ביחס למספר החיידקים בגופו של אותו אדם. בחישוב שערכו באחרונה מדעני המכון התגלתה תוצאה מפתיעה: בגופו של אדם רגיל חיים כ-40 טריליון חיידקים, לצד כ-30 טריליון תאי אדם; כלומר, היחס המספרי בין חיידקים לבין תאי אדם בגופו של אדם רגיל קרוב יותר להיות שוויוני – יחס של 1:1.

 החיידקים החיים בגוף האדם הם גורם חשוב ומרכזי בתהליכים שונים המתחוללים בגופנו, במצבים של בריאות וחולי כאחד. ההרכב הייחודי של אוכלוסיית החיידקים בכל אדם (Microbiome) הוא אחת הסיבות להבדלים אישיים בכל האמור בהשמנה, בתגובה לתרופות ועוד, ויש הרואים בו מעין "גנום שני" שיש להתחשב בו בהתוויית שיטות טיפול שונות.

החשיבות הגוברת של חיידקי הגוף במחקרים מדעיים עכשוויים בתחומים שונים הובילה את פרופ' רון מילוא, ד"ר שי פוקס, ותלמיד המחקר רון סנדר, כולם ממכון ויצמן למדע, לבחון את השאלה: האם היחס בין תאֵי האדם לבין החיידקים בגופו של אדם רגיל הוא, אכן, עשרה חיידקים לכל תא אדם, כפי שהוערך עד כה?

מאמץ מחקר זה הוא חלק מהעבודה על ספר בשם Cell Biology by the Numbers שפירסם באחרונה פרופ' מילוא יחד עם פרופ' רוב פיליפס מהמכון לטכנולוגיה של קליפורניה, Caltech, אשר עוסק בחישובים, באומדנים, ובאינטואיציה מספרית ברמת התא החי.

התפיסה המקורית, שגרסה כי מספר תאי החיידקים בגופו של אדם אחד עולה על מספר תאי האדם פי עשרה, נבעה, בין היתר, מההערכה שחיידק קטן בנפחו פי 1,000 בהשוואה לגודלו של תא אדם. אלא שלא כל תאי האדם דומים בגודלם, וגם בין החיידקים קיימים הבדלי גודל. למשל, תאי דם אדומים גדולים מחיידק המעבדה ״הסטנדרטי״ רק פי 100, ואילו החיידקים במעי גדולים מחיידק מעבדה ״סטנדרטי״ פי ארבעה בממוצע. מדעני המכון שיקללו בחישוביהם את כמויות תאי האדם השונים, ואת יחס הגודל שלהם בהשוואה לגודלם של החיידקים בגוף. בנוסף, הם שיקללו את מספר החיידקים ה"מתארחים" באיברים שונים של הגוף; למשל, במעי הגס "מתגוררים" חיידקים רבים מאוד, אבל ברוב שאר האיברים, מספרם צנוע בהרבה.

"חשיבותם של חיידקים המתגוררים בגופנו היא רבה מאוד", אומר פרופ' מילוא. "התפקידים שהם ממלאים שופכים אור חדש על תהליכים שונים, והמחקר בתחום זה עשוי להוביל לתובנות מדעיות ורפואיות חשובות. החיים הם תהליך דינמי, וקשה לתת מספרים מוחלטים בתחום זה, מה שמוביל הרבה פעמים להתייחסות איכותית בלבד. אבל הערכות מספריות מושׂכלות של סדרי גודל הם כלי עוצמתי, אשר משתמשים בו יותר ויותר במדעי החיים והרפואה. אצל מי שמומחה בשימוש בהם, הן הופכות להיות מעין "חוש שישי" שפותח צוהר לתובנות חדשות ולשאלות מרתקות״.

 

מבנים עצביים בבסיס שערות השפם של חולדות מעבדים ומעבירים למוח מידע על תנועת השערות

כדי לקלוט מידע על החפצים השונים בעולם שסביבנו, מנהלים איברי החישה שלנו דו-שיח עם המוח. במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Neuroscience גילו מדעני מכון ויצמן למדע, כי מבנים עצביים, הממוקמים בבסיס שערות השפם של חולדות, מבצעים חישוב מורכב אשר ממלא תפקיד מרכזי בדרך שבה חשות חולדות את העולם שסביבן. מבנים אלה, הקרויים "קולטנים מכניים", מתרגמים את השינויים המכניים שיוצרת תנועת השערה ואת מגעיה עם חפצים חיצוניים לאותות עצביים. במחקר הנוכחי הראו המדענים, כי מספר קולטנים מקבוצה זו מחשבים, תוך כדי תנועה, את היחס בין מיקום השערה לבין מיקומה העתידי.

שערות השפם, בדיוק כמו עינינו ואצבעותינו, חייבות לנוע כדי לחוש את החפצים בסביבתן. כבר יותר מעשור חוקר פרופ' אהוד אחישר, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, יחד עם ד"ר קנריק בגדסריאן וחברים נוספים בקבוצתו, את מערכת החישה הזאת, באמצעות שיטה המאפשרת למדענים להזיז את שערות השפם של חולדות מורדמות. השיטה מאפשרת להם לחקור פעילות הקרויה חישה פעילה, אך עד עתה אי-אפשר היה לחקות באמצעותה במדויק את המתרחש בחולדות ערות.

במחקר הנוכחי שילבו המדענים בניסוייהם את השיטה שפיתח ד"ר אבנר ולך, אז חוקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ' אחישר. עוד בזמן לימודיו לתואר שלישי בטכניון, שהושלמו בהנחיית פרופ' שמעון מרום ופרופ' רון מאיר, החל ד"ר ולך לשלב מערכות מיחשוב עם מערכות ביולוגיות. במחקר שבוצע במכון השתמשו ד"ר ולך, ד"ר בגדסריאן ופרופ' אחישר בפיתוח נוסף, שאיפשר להם ליצור מערכת משולבת – מעין הכלאה בין חולדה למחשב – המשחזרת בחיות מורדמות את תנועות השפם שנצפו בחולדות ערות המסתובבות בחופשיות.

מחקרים שבוצעו בעשור האחרון הראו, שהמוח משתמש בקידוד היחסי של מיקום השׂערה בשפם החולדה כדי לפענח את מיקום החפצים שהיא פוגשת. קידוד כזה מחייב חישוב של התנועה העתידית של השערה, שהיא תנועה שאינה קבועה. המדענים שיערו, כי חישוב מורכב זה מבוצע באחד ממעגלי המוח, ולכן מובן מדוע הם הופתעו לגלות שהקולטנים המכניים בזקיקי שערות השפם הם שמעבירים למוח את המידע הזה, יחד עם שאר האותות אשר מגיעים מהשערה.

פרופ' אחישר: "בדיעבד, חלוקת עבודה זו בין זקיק השערה לבין המוח היא הגיונית. איברי החישה אינם 'ממסרי אותות' בלבד; הם מהווים ממשקים נרחבים בין היצור החי לבין סביבתו. כאשר איבר חישה מפתח במהלך האבולוציה יכולת חישה חדשה, יכולת זו תוטמע טוב יותר אם איבר החישה יעביר את כל המידע הדרוש לשם עיבודה". בעתיד מתכננים המדענים לחקור כיצד בדיוק מחשבים המבנים העצביים שבזקיק שערות השפם את המידע המגיע מהשערה.

המערכת המשולבת שפותחה במחקר זה עשויה, בעתיד, לסייע בחקר מעגלים במוח הפועלים במעגל סגור. "בזכות חקר הממשק בין המוח לבין ה'מכונה' הצלחנו לקבל מידע על התקשורת הפנימית בין שערות השפם לבין המוח", אומר ד"ר ולך. "אפשר להציב את 'הסוכן הפנימי' הזה גם במקומות נוספים במוח כדי לחקור את יחסי הגומלין המורכבים, המהווים בסיס לדרך שבה אנו תופסים את העולם".

 

שבוע החינוך המדעי יוצא לדרך – מצטרפים עכשיו

שבוע החינוך המדעי יתקיים השנה בשבוע שבין 3 ל-9 באפריל, ובמסגרתו יתקיימו יותר מ-60 אירועים מקומיים ופעילויות חינוכיות שונות ברחבי הארץ: הפעלות וסיורים מיוחדים במוזיאונים – לרבות המדעטק בחיפה, מוזיאון קרסו בבאר-שבע, מוזיאון המדע על-שם בלומפילד בירושלים, מוזיאון גן המדע על-שם קלור במכון ויצמן למדע, ועוד; הרצאות מדעיות לקהל הרחב במרכזים קהילתיים, פעילויות מקוונות, טורניר הכספות הבין-לאומי על-שם שלהבת פריאר, הפעלות לילדים ולנוער בקניונים, כנס ארצי לחינוך מדעי שיתקיים במכון ויצמן למדע, ועוד.

זו השנה השנייה ברציפות שבה יתקיים שבוע החינוך המדעי כאירוע ארצי שמוזמנים להשתתף בו כל העוסקים בתחום זה. בשנה שעברה הושק האירוע לציון מלאת יובל שנים לתחילת פעילותו של מכון ויצמן למדע בתחום החינוך המדעי בישראל. השנה מארגן את האירוע מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע, בשיתוף עם משרד החינוך, קדם עתידים, קרן טראמפ, אוניברסיטת בר-אילן, ספייס אי-אל, ועוד.

ארגונים, יזמים עצמאיים ואנשים אשר מעוניינים להשתתף באירועים ולקיים פעילויות במסגרת זו, מוזמנים ליצור קשר עם רכזת שבוע החינוך המדעי, יוליה סגלין, במכון דוידסון לחינוך מדעי, בטלפון מספר: 08-9376993, או בדוא"ל: julia.sagalin@weizmann.ac.il.

 

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות: משרד הדובר – מכון ויצמן למדע ,  08-9343856  news@weizmann.ac.il