עם הפנים ל-2009
מה יהיו הגילויים החשובים של שנת 2009 במדע, היכן יושקעו מירב המשאבים, אילו שאלות ישאלו והיכן יחפשו את התשובות? ארבעה מדענים ישראלים משיבים
ד"ר ערן משורר: חקר תאי גזע עובריים
ד"ר ערן משורר מהפקולטה למדעי הטבע באוניברסיטה העברית, מתמחה בחקר תאי גזע עובריים. הגילוי החשוב של השנה החולפת בתחום זה, נבחר על ידי כתב העת המדעי היוקרתי Science לאירוע המדעי הגדול של השנה. בפרק זמן של חודש, פרסמו שלוש קבוצות שונות של חוקרים כי הצליחו להפוך תאי עור של עכברים לתאים המתנהגים כמו תאי גזע עובריים. תאים אלה, הנקראים תאי (iPS (Induced pluripotent stem cells, מסוגלים להתמיין לתאים שונים ברקמות שונות בגוף. תכונה זו של התאים פותחת פתח למה שמדענים מכנים "רפואה פרטנית": החדרה של תאי iPS לרקמות חולות על מנת לחדש את מלאי התאים שנפגעו ולגרום לנסיגת המחלה או להיעלמותה.
"אין ספק שהתחום הזה יהפוך לתחום הרבה יותר גדול בשנה הקרובה" אומר ד"ר משורר. "אני צופה שרוב אם לא כל המעבדות החוקרות תאי גזע יעסקו בזה. יש כמה שאלות שינסו לענות עליהן: ראשית, אילו תאים אפשר להפוך לתאי גזע עובריים ואילו לא? השאלות האחרות קשורות לשימוש באותם תאים ברפואה פרטנית, זה נושא עם עתיד רחב מאוד. האתגר המיידי הוא שימוש בתאים אלה ליצירת נוירונים והשתלתם אצל חולי פרקינסון והנטינגטון. יש כאן שתי משוכות שצריך לדלג מעליהן. אחד זה לתקן את המוטציה בתאים לפני הפיכתם לנוירונים כדי לא להעביר את המחלה, זה נכון לגבי מחלות שאנחנו יודעים מה הפגם הגנטי הגורם להן, כמו הנטינגטון. עם מחלות שאנחנו לא יודעים מה הפגם שלהן יש שתי אפשרויות. אחת זה לא לתקן את הפגם ואז יש סבירות גבוהה שהמחלה תיעלם או לפחות תיסוג לכמה שנים. דרך שנייה היא להשתמש בתאים שמקורן באנשים אחרים, 'בריאים'. גם כאן יש כמה עניינים שצריך להתגבר עליהם, כמו התאמה בין תורם התאים לחולה. בעיה נוספת היא שבתהליך הפיכתם תמיד יישארו לנו תאים לא ממוינים וברגע שנחדיר אותם לרקמה אז חלקם עלולים להפוך לגידולים סרטניים. אחת המשוכות שצריך לעבור היא למצוא דרכים בהם נדע בוודאות שלא נשארנו עם תאים לא ממוינים בתרבית. כרגע המשוכה הזו לא מוחשית כי אנחנו עדיין עושים ניסויים בחיות שאורך חייהן קצר ולכן אין לנו דרך לדעת בוודאות שאין לנו תאים לא ממוינים בתרבית".
"תהליך יצירת ה-iPS מאוד לא יעיל כרגע. אנחנו משפרים אותו כל הזמן, על ידי שימוש בחומרים כימיים חדשים או גילוי פקטורים ביולוגיים חדשים. המחקרים הראשונים בתחום השתמשו ברטרו וירוסים, אבל אף אחד לא יחדיר תאים כאלה לאנשים, אז קודם כל אנחנו צריכים ללמוד לעשות את זה ללא רטרו וירוסים. השנה הצליחו לעשות זאת אבל התהליך נהיה פחות יעיל כתוצאה מכך. הבעיה עם רטרו וירוסים היא שהם נכנסים לגנום ולרוב ביותר מאתר אחד ואז יכול להיווצר שינוי בגנום. צריך לשפר את התהליך הקיים וזה משהו שאני בטוח שיקרה בשנה הקרובה. בניסוי הראשון שהצליח לתכנת תאים מחדש השתמשו בארבעה פקטורים ביולוגיים שהוחדרו לתאים. עכשיו יש חברות שמנסות להחליף פקטור אחד או שניים בחומרים כימיים שונים. לכל אחד מארבעת הפקטורים נמצא תחליף כימי אבל כשמפעילים את כל ארבעתם ביחד התכנות לא עובד. אנחנו לא יודעים למה זה לא עובד אבל אני בטוח שבשנים הקרובות יגלו, ואז יהיה קוקטייל תרופות שבאמצעותו הופכים תאים סומטיים לתאי iPS".
"הגילוי החשוב של תכנות תאים מפנה משאבים וגם מוטיבציה לכיוון החדש אבל אני לא רואה שהכיוון הישן, של יצירת תאים חדשים (הומאניים), דועך לגמרי. ישנן תגליות של החודשים האחרונים שפותחות אופקי מחקר חדשים. למשל, PPGD, אבחון טרום השרשתי. זוג הורים שיש חשש למוטציה בעובר שלהם, עוברים הפריה חוץ-גופית והעובר, המורכב בשלב זה משמונה תאים, עובר אבחון בו לוקחים תא אחד ובודקים אם הוא נושא את המוטציה. אם התא 'נקי', העובר ממשיך להתפתחות רגילה ומוחדר לגוף האם. אם נמצא שהתא מכיל את המוטציה אז יש לנו עובר שניתן להשתמש בו ליצירת קו של תאי גזע הומאניים עם מוטציה ספציפית. זה הישג ראשון במעלה כי יש לנו תא גזע עוברי אוטנטי שמהווה מודל גנטי למחלה וניתן ליצור קו שמחקה מחלה מוכרת. לא צריך לבצע שום פעולה כדי ליצור את המוטציה. אפשר להשוות את התאים עם המוטציה לתאים אחרים ולראות מה המוטציה עושה".
פרופ' עילם גרוס: פיסיקה באנרגיות גבוהות
פרופ' עילם גרוס, חוקר במחלקה לפיסיקת חלקיקים במכון ויצמן, שותף גם לעבודה במאיץ ההדרונים הגדול (Large Hedron Collider). המאיץ - הפועל בתוך מנהרה טבעתית באורך של 27 קילומטרים, השוכנת בין שווייץ לצרפת - הוא הפרויקט המדעי המסובך והיקר ביותר בתולדות המין האנושי. הפעלתו החלה בספטמבר השנה אך דליפת גז הביאה להשבתתו עשרה ימים בלבד לאחר שהופעל. בשנת 2009, אם כן, ינסו המדענים ב- LHC לעשות את מה שלא הספיקו לעשות ב- 2008.
"בשטח של פיסיקה באנרגיות גבוהות, כמובן שמה שעומד על הפרק הוא החזרה לעבודה של מאיץ ההדרונים הגדול (LHC). ההתחלה הצולעת של 2008 לא הרפתה את ידיהם של המדענים ולא של הגורמים המממנים. כרגע אנחנו עסוקים בהכנות לקראת הפעלתו מחדש, והמימון כבר ניתן לתחזוקה ולפתרון הבעיות שגרמו להשבתת המאיץ השנה. לקראת מאי יחזור המאיץ לעבודתו וכל המרץ יופנה לכיוון כיול גלאי החלקיקים והבנת אופן פעולתו. מכיוון שמדובר באנרגיות גבוהות יותר מאי פעם, צריך לבדוק שאנחנו מבינים את האופן בו הגלאי נותן לנו נתונים. זה כאילו מישהו נתן לך סרגל עם סקאלה חדשה ועכשיו אתה צריך לבדוק שאתה מבין את הסקאלה".
"אני מניח שלקראת סוף השנה נתחיל לנתח את הנתונים ולעשות פיסיקה. נחפש את בוזון היגס וסופר סימטריה אך דבר ראשון נבדוק שהמרכיבים במודל הסטנדרטי, שכבר נצפו בניסויים קודמים, נראים גם באנרגיות הגבוהות שאנחנו עובדים איתן. המאיץ לא יעבוד השנה באנרגיה מקסימאלית. כל פרוטון יואץ פי 5,000 מהמסה המקורית שלו (10 TeV), בשנה הבאה כבר נאיץ כל חלקיק פי 7,000 (14 TeV). כבר בשנה הקרובה מדובר באנרגיה הגבוהה ביותר משנוסתה אי פעם. אין ספק ששנת 2009, מבחינת פיסיקה באנרגיות גבוהות, היא השנה של LHC. הייתה תקלה אבל התגברנו עליה, הבנו ממה היא נבעה ותיקנו. לקראת מאי הכל ישוב למקומו ונחזור לעבוד".
גולת הכותרת של פרויקט LHC היא למצוא את בוזון היגס, המרכיב החסר במודל הסטנדרטי. "אני בטוח שנמצא את בוזון היגס, לא השנה אבל בסוף נמצא אותו. הוא חייב להיות שם, זה כמו פאזל שאתה רואה את כולו ורק חסרה חתיכה אחת. זה לא יכול להיות שהוא לא שם, זו הדרך היחידה להסביר כיצד החלקיקים מקבלים מסה. מה שכן נמצא אולי כבר השנה זה סופר סימטריה. את זה אפשר לגלות במעט התנגשויות יחסית ובזמן קצר".
מאיץ החלקיקים. המרדף אחר בוזון היגס יתחדש במאי (צילום: המרכז למחקר גרעיני של האיחוד האירופי)
פרופ' אברהם הוכברג: חקר הסרטן
פרופ' הוכברג, מהפקולטה למדעי הטבע באוניברסיטה העברית, עוסק כבר קרוב ל-20 שנה בחקר הסרטן. גילויו החשוב הוא תפקידו של הגן H- 19 בהתפתחות סוגים שונים של סרטן. לפני מספר שנים פיתח הוכברג טיפול חדשני, המבוסס על פלסמיד המכיל את תוכנת ההפעלה של הגן H- 19 ורעל מסוג דיפטריה טוקסין. הפלסמיד גורם להפעלה של הרעל אך ורק בתאים המכילים את הגן המסרטן, כך שרק תאים אלה מושמדים ונגרם נזק מינימלי לחולה.
"גם מדע נובע מצורך. היום התחום של מדע תיאורטי הולך ומאבד את כוחו. אנו חיים בעולם ריאליסטי מאוד בו משקיעים רוצים לראות מה עשה החוקר עם הכסף שהשקיעו בו. לכן, רוב הפריצות החשובות של השנה שעברה הן בשני שטחים: ברפואה ובחקלאות. ברפואה אנחנו עומדים בעיקר בפני מחלת הסרטן שהיא המחלה הקשה והמפחידה מכולן. שים לב שהיא כל כך מבהילה אותנו שאמצעי התקשורת לא משתמשים בשמה המפורש. כל אדם שלישי בעולם יפגע בחייו מסרטן וכמעט כל אדם היה לוקה במחלה, אילולא היה מת מגורם אחר לפני כן. המאמץ העיקרי הוא למצוא שיטות טיפול יעילות יותר. המגמה היא לא לרפא אלא להפוך את הסרטן למחלה כרונית, כזו שאפשר לחיות איתה. זה צוואר הבקבוק שהחוקרים מתנקזים אליו. השיטות הנהוגות היום לטיפול הן קשות ביותר. לא יודעים ממה החולה מת קודם, מהגידול או מהטיפול. אז רוב החוקרים מתרכזים במציאת טיפול המותאם לחולה. התאמה של הטיפול לסוג המחלה, אמורה להפוך את הטיפול ליעיל יותר ונסבל יותר עבור החולה".
גם פרופ' הוכברג התייחס לפוטנציאל הרפואי של תאי גזע עובריים, אך הדגיש כי התחום נמצא אולי בהילוך גבוה ברמה המעבדתית, אך עוד רחוק היום בו יהיה ישים ברמה הטיפולית. "יש הבדל עצום בין מה שנוסה על עכבר במעבדה למה שנוסה על בני אדם. תאי גזע עוד לא הגיעו לשלב הקליני. בשנה הבאה חוקרים ימשיכו לפתח טיפולים פרטניים למחלת הסרטן ולמחלות כרוניות אחרות. כמובן שטיפול בסרטן זה יותר הרואי. אם יש לך אדם שחולה בסרטן הלבלב, ונשארו 3 חודשים לחיות, אז אם הארכת לו את החיים בחודשיים, עשית הרבה".
פרופ' עקיבא בר-נון: חקר החלל
פרופסור עקיבא בר-נון מהפקולטה למדעים מדויקים באוניברסיטת תל-אביב, עומד בראש קבוצת מדענים החוקרת את אטמוספרת טיטן, אחד מירחיו של שבתאי. בשנה האחרונה התאמתו השערותיהם אודות ההרכב הכימי של האובך באטמוספרת טיטן, בבדיקות שערכה הנחתת "הויחנס".
"בשנה הבאה הנושא העיקרי והמעניין ביותר בחקר החלל יהיה מאדים. העדויות שנאספו, בעיקר בשנה האחרונה, על הימצאות קרח מים על פני כוכב הלכת, בשכבות של כמה סנטימטרים מתחת לפני הקרקע, והמבנים הגיאולוגיים הקשורים לשקיעת מינרלים ממים נוזליים ליצירת שכבות משקעים שאותן צילמו החלליות, עשויים להעיד על הימצאות מים נוזליים עליו למשך פרק זמן ארוך. אם למשך תקופה ארוכה היו מים נוזליים על מאדים זה מעיד לדעתי על כך שיכלו להיווצר שם חיים. על פני הארץ הספיקו בערך 300 מיליון שנה של הימצאות מים נוזליים כדי שייווצרו בקטריות שאת נוכחותן אנחנו יכולים להסיק ממאובנים של סטרומטוליטים (מושבות של בקטריות). בנוסף אנחנו מכירים מיקרואורגניזמים, בעיקר בקטריות, שעברו אדפטציה על פני הארץ לחיים בקרח. מכך, ניתן אולי להסיק שאם היו מים נוזליים על פני מאדים למשך תקופה
ארוכה ואז קפאו, אז מיקרואורגניזמים שנוצרו שם יכלו לשרוד. כל אלו הן השערות אבל זה הכוח המניע את המאמץ העצום שנעשה, מאז "וייקינג" (Viking) דרך "ספיריט" (Spirit) ו"אופרוטוניטי" (Opportunity) ועד "פניקס" (Phoenix) - לנסות ולגלות האם קיימים מיקרואורגניזמים על פני המאדים. זה הנושא הכי חם בחקר החלל. השנה ספיריט ואופרוטוניטי ממשיכות לאסוף נתונים ולא ברור אם פניקס תשרוד את החורף. אני מודה ששיניתי את דעותיי באופן דרסטי בשנה האחרונה, בנוגע להימצאות מיקרואורגניזמים על פני מאדים. גילוי קרח מים באדמת הפלנטה בהחלט משנה את התמונה. צריך לזכור, עם זאת, שסביר שהחיים על מאדים הם של בקטריות בלבד".
"עוד נושא חשוב מאוד, שקשור בעקיפין לחקר המאדים, הוא מציאת פלנטות (כוכבי לכת) מסביב לכוכבים אחרים מחוץ למערכת השמש. הכיוון הוא גילוי פלנטות יותר ויותר קטנות, כדוגמת כדור הארץ, לעומת הגילויים שהיו עד עתה, של פלנטות ענק, בגודל של צדק ויותר מכך. אמצעי התצפית נעשו הרבה יותר טובים ועתה אנחנו יכולים לגלות פלנטות קטנות יותר. זה ימשיך בשנה הקרובה, הן בתצפיות מכדור הארץ והן על ידי טלסקופים בחלל. עוד מגמה שהחלה ותתחזק השנה היא אבחון הרכב האטמוספרה של כמה פלנטות. כבר גילינו מים, מתאן ופחמן דו-חמצני באחת הפלנטות".
"בשנה החולפת המשיכה החללית "ונוס אקספרס" (Venus Express) להקיף עם נוגה וגילה לנו שמים בורחים מהאטמוספרה שלו. זה מסביר לנו למה יש כל כך מעט מים שם ומדוע אפקט החממה על הכוכב נעשה כה נוראי וטמפרטורת השטח הגיעה ליותר מ-400 מעלות צלסיוס. יש להדגיש שאין כל דמיון בין אפקט החממה האדיר על פני נוגה לאפקט החממה המינורי שעל פני כדור הארץ. החללית "קאסיני" (Cassini) ממשיכה להסתובב ליד שבתאי והירחים שלו. תגליותיה המעניינות ביותר היו באטמוספרה הצפופה של טיטן, ירחו של שבתאי, שבה חלו תהליכים הדומים במידת מה לתהליכים הכימיים שחלו באטמוספרה הראשונית (הפרימיטיבית) של כדור הארץ. כמובן שעל טיטן אין מים נוזליים ולכן השלבים הנוספים, שחלו על פני כדור הארץ, לא יכלו להתרחש שם. התוצאות של ניסויים שערכנו באוניברסיטת תל-אביב, אודות האובך באטמוספרת טיטן והמודלים שפיתחנו, התגלו כמדויקים על ידי הנחתת "הויחנס" (Huygens), שחדרה לאטמוספרת טיטן. ירח נוסף במערכת שבתאי הוא "אנצלדוס" (Enceladus), שהחללית קאסיני מצאה שמהקוטב הדרומי שלו נפלטים סילונים של גזים ואדי מים. הגזים שנמצאו דומים לגזים שאנחנו מוצאים בשביטים. קאסיני עתידה לחזור השנה לאנצלדוס ולטיטן ולבדוק אותם שוב".
"עוד שתי שאלות קרדינליות בהבנתנו את היקום, הממתינות למענה, קשורות לאנרגיה אפלה וחומר אפל. בשנים האחרונות התגברו העדויות על אנרגיה אפלה ככוח דוחף ובשנה הבאה בודאי שנאסוף יותר אינפורמציה על האנרגיה הזו. בשנים האחרונות גם מצאנו שיש חומר אפל ביקום, שאולי מהווה את רוב החומר ביקום. אני מקווה שבשנה הקרובה נגלה עוד דברים אודות החומר האפל והאנרגיה האפלה. אלו בעצם שאלות יסודיות בהבנתנו את היקום, איננו יודעים מה הוא החומר האפל ואיננו מבינים מהי האנרגיה האפלה. הפיסיקה התיאורטית לא צפתה את שתי התופעות האלה לפני שנתגלו בתצפיות אסטרונומיות ועתה הן מהוות את חזית המחקר בהבנת החומר. אולי בשנה הקרובה נבין אותן יותר טוב. זו בעצם גדולתו של המדע. כאשר אנחנו חושבים שיש לנו תמונת עולם מסודרת ואנחנו מבינים את רוב מרכיביו, באות תופעות כמו שתי אלה ומראות לנו עד כמה אנחנו לא מבינים ולא יודעים. זו דרכו של המדע, המקובלת על כל מי שעוסק בו. אנחנו מגרדים רק את אפס קצהו של העולם ובכל שלב אנחנו מבינים קצת יותר".
