כשאנחנו רואים קינוח מעורר תיאבון, נוגסים בתפוח או פורצים בבכי, תאים בגופנו מפרישים נוזלים ייעודיים: רוק, מיצי עיכול או דמעות. הדרכים שבהן נוזלים אלה וחומרים אחרים מופרשים מתאי הגוף, נחקרות כבר כמעט מאה שנה ומתוארות בהרחבה בספרי הלימוד. ובכל זאת, ד"ר אורי אבינעם ופרופ' בן-ציון שילה ממכון ויצמן למדע סברו שהתיאורים הקלאסיים לוקים בחסר.
3 צפייה בגלריה
מימין: תום ביטון, ד"ר אורי אבינעם, פרופ' בן-ציון שילה, ד"ר קמאלש קומרי, ד"ר איל שכטר ונדב שר. מחדשים קלאסיקות
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
כשתא מפריש חומרים, בין אם מדובר בפסולת, בהורמונים או במוליכים עצביים, הוא עושה זאת באמצעות בועיות זעירות המכונות וסיקולות. בועיות אלה מתמזגות עם קרום התא באופן הבא: המעטפת הקרומית שלהן הופכת לחלק מקרום התא, בעוד תכולתן נשפכת אל מחוץ לתא. תיאור קלאסי זה אכן מתאר נאמנה את מנגנון ההפרשה שבו מעורבות בועיות זעירות שקוטרן פחות מ-100 ננומטר (מיליארדיות המטר), אך תאים המכונים "מפרישים מקצועיים" - למשל כאלה המפרישים אנזימי עיכול, חומרי לחות או סיכה - אורזים את מטעניהם בבועיות גדולות פי 100, שקוטרן מגיע ל-10 מיקרונים (מיליוניות המטר).
ההפרשה מבועיות אלה איטית בהרבה ונמשכת דקות, להבדיל מאלפיות שנייה במקרה של הבועיות הזעירות. בועיות "ענק" אלה הינן אכן חסכוניות ויעילות הרבה יותר מאחיותיהן הזעירות כאשר מדובר בהפרשה של חומר בכמויות גדולות, אבל האם הן מפרישות את תכולתן באמצעות אותו מנגנון מוכר?
3 צפייה בגלריה
ספלאש: בועית גדולה לפני ואחרי הסחיטה (מסומנת בטורקיז). דימות תלת-ממד במיקרוסקופ אלקטרונים
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
מעבדתו של פרופ' שילה במחלקה לגנטיקה מולקולרית חוקרת בלוטות רוק של זחלי זבוב הפירות כמודל להפרשת חומרים מבועיות גדולות. מעבדתו של ד"ר אבינעם מהמחלקה למדעים ביומולקולריים חוקרת מנגנוני עיצוב מחדש של קרומי תאים, באמצעות טכנולוגיות דימות מתקדמות. בשיחות משותפות, שיערו שני המדענים כי מנגנון ההפרשה המוכר והידוע ככל הנראה אינו מתאים לתיאור ההפרשה מבועיות גדולות, שכן אילו התמזגה המעטפת של בועיות אלה עם קרום התא, היה התא מתנפח ומתעוות, ובשלב מסוים אף מפסיק לתפקד.
כדי לפתור את התעלומה, חברו פרופ' שילה וד"ר אבינעם לד"ר קמאלש קומרי, חוקרת בתר-דוקטוריאלית בשתי המעבדות, אשר הובילה את המחקר. המדענים השתמשו בדימות של מיקרוסקופ אלקטרונים בתלת-ממד בשילוב שיטות דימות נוספות כדי לבחון תאים מפרישים הן בבלוטות הרוק של זחלי זבוב הפירות והן בלבלב עכבר. במחקר השתתפו נדב שר, תום ביטון וד"ר איל שכטר.
"גילינו כי בועיות גדולות, בניגוד לאלו הזעירות, מפרישות חומרים באמצעות מנגנון שלא היה ידוע עד כה – מנגנון שונה לגמרי מזה המתואר בספרי הלימוד", אומר ד"ר אבינעם. למעשה, החוקרים גילו כי כאשר בועיות גדולות נצמדות לקרום התא, הן כלל אינן מתמזגות עימו, אלא מפרישות את תכולתן בדרך אחרת – בדומה לאופן שבו מרוקנים מאוויר כדור ים מתנפח ואז דוחסים אותו בחזרה לתיק; באנגלית הצמידו המדענים למנגנון את המלה "crumpling" – מעיכה או קימוט. ניסוייהם העלו כי רשת חלבונים הקרויה אקטומיוזין עוטפת את הבועית, מועכת, מקמטת וסוחטת את תכולתה אל מחוץ לתא דרך פתח צר – כל זאת, כשהיא שומרת על הפרדתה של הבועית מקרום התא. לאחר מכן, נשלחות מכונות מולקולריות תאיות למקום כדי לייצר מהמעטפת המקומטת אלפי בועיות קטנות במטרה למחזר את מרכיביה.
"ממצאים אלה פותחים כיווני מחקר חדשים בכל הנוגע להפרשות מהתא המתבצעות באמצעות בועיות גדולות, בדגש על מנגנונים השומרים על שלמותו של קרום התא בזמן ההפרשה", אומר פרופ' שילה. מכיוון שהמנגנון החדש התגלה הן בזחלי זבוב הפירות והן ביונקים, משערים המדענים כי הוא קיים גם בבני-אדם ועשוי להיות מעורב בהתפתחות מחלות שונות. מסבירה ד"ר קמאלש: "ייתכן מאוד כי פגמים במנגנון המעיכה של הבועית מעורבים במחלות שבהן יש חוסר בהפרשות, למשל תסמונת העין היבשה או כאשר ישנן הפרשות-יתר, כמו בסיסטיק פיברוזיס. פגמים שכאלה עלולים גם לשחק תפקיד במחלות הפוגעות במשטחים פנימיים של הגוף הדורשים סיכה מתמדת, כמו למשל הרירית הפנימית של מערכת העיכול".
בצבעים זוהרים
כבר בתיכון בחיפה חצה ד"ר אורי אבינעם את הקווים ועבר מכיסא התלמיד אל מאחורי שולחן המורה. זה קרה כשהמורה לביולוגיה חלתה בזמן ההכנות לבגרות, והתלמידים ביקשו שאורי יחליף אותה; למותר לציין, המורה לא התנגדה. "תמיד היה לי מאוד טבעי ללמוד וללמד ביולוגיה", הוא מספר.
3 צפייה בגלריה
ד"ר אורי אבינעם. "יש לא מעט דמיון בין תרגול יוגה ובין מדע"
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
בלימודי התואר ראשון בביולוגיה וביוכימיה בטכניון, הוא הוקסם מקרומי תאים וממברנות ביולוגיות אחרות החיוניות לקיומנו, וחיפש השתלמות קיץ שתעזור לו להבין את יחסי הגומלין בין ממברנות ובין החלבונים המשובצים בהן. במעבדה שאליה הצטרף לבסוף, הוא נדהם לראות לראשונה תאים זוהרים בצבעים זרחניים באמצעות פְלוּאוֹרֶסְצֶנְצְיָה – אז שיטה חדשה יחסית בביולוגיה. "המראה הזה נחרת בזיכרוני", הוא מסביר.
בלימודים במסלול ישיר לדוקטורט בטכניון, ולאחר מכן בלימודים בתר-דוקטוריאליים במעבדה האירופית לביולוגיה מולקולרית בהיידלברג שבגרמניה, מצא ד"ר אבינעם דרך לשלב את הקסם של שני התחומים: הוא החל לחקור ממברנות באמצעות שיטות דימות מתקדמות.
תוך כדי הלימודים הבתר-דוקטוריאליים, הוא חצה פעם נוספת את הקווים: הפעם כאשר הקולגות ביקשו ממנו ללמד אותם יוגה. "בעיניי, יש לא מעט דמיון בין תרגול יוגה ובין מדע – בשניהם נדרשת מידה רבה של התבוננות", אומר ד"ר אבינעם שמתרגל כבר שנים את השיטה הרוחנית הקדומה.
במעבדתו במכון ויצמן למדע, חוקר ד"ר אבינעם קרומי תאים באמצעות, איך לא, פלואורסצנציה, וכן מיקרוסקופיית אלקטרונים ושיטות מתקדמות אחרות. הוא מתמקד בתהליכים הקשורים לאיחוי תאים ולשינוע מטענים מולקולריים מבעד לקרומים, כפי שהם באים לידי ביטוי למשל במיזוג בין תא זרע לביצית, בהתפתחות שרירי השלד או בהפרשת חומרים מהתא באמצעות בועיות עטופות קרומים. ופעם בשבוע הוא מעביר שיעור יוגה לחברי מעבדתו ולמצטרפים נוספים.
ד"ר אבינעם גר בקמפוס המכון עם בן זוגו יובל, מהנדס חלל, ועם תאומיהם בני השלוש – ילד וילדה.
הכתבה פורסמה במסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע
