מגזין הטכניון

מחקר ופיתוח

מציג מודל חדש של הסתגלות תאים

Nature Communications

חקר שהתפרסם בכתב העת

ואורגניזמים לסביבה: אלתור תגובות חדשות מול אתגרים בלתי צפויים.

המחברים, חוקרים מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון בטכניון וממכון ויצמן למדע, מבססים את

המחקר על מודל מקורי של רשת הבקרה הגנטית.

“מערכות ביולוגיות יודעות להתמודד לא רק עם אירועים שגרתיים אלא גם עם הבלתי צפוי,” מסבירה

פרופ’ נעמה ברנר מהפקולטה להנדסה כימית בטכניון. “יכולת ההסתגלות לשינויים ולאתגרים בלתי

צפויים מעידה שמעבר ל’ארגז הכלים’ שהתפתח בו במהלך האבולוציה מצויד האורגניזם גם ביכולת

אלתור; במילים אחרות, האורגניזם הוא מערכת לומדת המסוגלת להגיב אד-הוק לסיטואציות חדשות.”

פרופ’ ברנר חקרה את יכולת הלמידה האמורה ברמה המיקרוסקופית עם הדוקטורנט הלל שרייר מהתכנית

הבין-יחידתית למתמטיקה שימושית בטכניון ועם ד”ר יואב סואן מהמחלקה למדעים ביו-מולקולריים במכון

ויצמן למדע. לדבריה, “הבסיס החישובי שלנו הוא מודל רשת המתאר את כושר ההסתגלות של האורגניזם

לסביבה המשתנה. מערכות ביולוגיות, בניגוד למערכות הנדסיות, אינן מתוכננות מראש אלא מתפתחות

תוך כדי תנועה. לתא הביולוגי מספר עצום של דרגות חופש שבאמצעותן הוא מאלתר, ובתגובה למצבים

חדשים ולא מוכרים הוא מסוגל להניע תהליכים שונים של ארגון עצמי.”

מתעקשים על המדע הבסיסי

Network Biology Research

פרופ’ ברנר עומדת בראש אחת המעבדות לחקר רשתות ביולוגיות (

) הפועלות במסגרת מרכז לורי לוקיי למדעי החיים וההנדסה. “המטרה שלנו היא לקדם

Laboratories

מדע בין-תחומי החוקר את המערכות ואת התופעות הביולוגיות השונות: סינפסות, רשתות נוירונים,

רשתות גנטיות, התפתחות אורגניזם רב-תאי, אוכלוסיות, אבולוציה ועוד. אנחנו חיים בתקופה מרתקת

- מדעי החיים והטכנולוגיות המחקריות מתפתחות ומשתכללות במהירות. למעשה הטכנולוגיות האלה,

למשל ריצוף הגנום, מקדימות את היכולת שלנו להבין את המידע שהן מספקות לנו. לכן יש לנו המון

עבודה: לפתח את התאוריות על סמך הניסויים שמאפשרת לנו הטכנולוגיה. יש קושי ואתגר לפתח

להבין הבנה מעמיקה, מעבר לקורלציות סטטיסטיות שעשויות להיות בעלות ערך יישומי. לנו כמדענים

באקדמיה יש הזכות והאחריות להתעקש על המדע הבסיסי.”

פרופ’ ברנר השלימה תואר ראשון באוניברסיטה העברית (פיזיקה, מתמטיקה ומדעי המחשב) והמשיכה

לדוקטורט בפקולטה לפיזיקה בטכניון בהנחיית פרופ’ שמואל פישמן. לאחר מכן יצאה לפוסט-דוקטורט

)

Bialek & de Ruyter van Steveninck

אצל הפרופסורים ביל ביאליק ורוב דה רויטר ון סטיבנינק (

- מכון מחקר פרטי בפרינסטון, ניו ג’רזי. שם נכנסה לתחום החישוביות העצבית -

NEC

במעבדות

. אחר כך עבדה שלוש שנים באינסייטק, החברה הישראלית שפיתחה

Computational Neuroscience

2001

טכנולוגיה לניתוח לא פולשני - הסרת גידולים באמצעות אלומת גלי אולטרסאונד ממוקדת. בשנת

הוזמנה על ידי הפקולטה להנדסה כימית בטכניון להשתתף בתכנית לימודים משותפת עם הפקולטה

לביולוגיה. “כאן התחלתי לחקור רשתות בקרה גנטיות בשמרים עם פרופ’ ארז בראון. בעבודה זו, ובעבודה

של ד”ר סואן על זבובים, נחשפה יכולתם של תאים ואורגניזמים להסתגל לסביבה המשתנה באמצעות

אלתור. ניסויים אלה נתנו את ההשראה לעבודה התאורטית הנוכחית.”

המאלתר

התא

פרופ’ נעמה ברנר

ד”ר יואב סואן

הלל שרייר

http://rdcu.be/rvBH למ

אמר:

) נבדלות

באיור: רשתות בעלות מבנה הומוגני (

) ביכולתן להסתגל

מרשתות הטרוגניות (

לשינויים באמצעות אלתור.

ברשתות מהסוג הראשון (הומוגניות) משפיע

כל קודקוד על מספר מצומצם של קודקודים

אחרים. בעקבות זאת נוצרת דינמיקה כאוטית,

ותהליך החיפוש (אקספלורציה) אינו מתכנס

למצב יציב. ברשתות ההטרוגניות, לעומת זאת,

כמה מהקודקודים (מסומנים כעיגולים גדולים)

משפיעים על חלקים גדולים של הרשת ויוצרים

דינמיקה המובילה ליציבות

חוקרים בטכניון ובמכון ויצמן למדע: מודל חדש המתאר הסתגלות ביולוגית לאתגרים בלתי צפויים