בשער-קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער בפייסבוק - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל
דף הבית   |   על בשער   |   פעילויות בשער   |   ספר אורחים   |   צור קשר      רשימת תפוצה
 
 
 > שלח שאלה למומחה
 
 
 
     כל התחומים
     
     
     
     
     
     אסטרופיזיקה
     הנדסת חשמל
     הנדסת מזון
     כימיה
     פרקינסון
     ננוטכנולוגיה
     הנדסה
     מדעי המחשב
     כימיה
     ביולוגיה
     פיזיקה
     רפואה
     מתמטיקה
     מדעי הסביבה
     גיאוגרפיה
     מוט"ב
     הוראת המדעים
     אזרחות
     כלכלה
     היסטוריה
     משפטים
     פסיכולוגיה
     תנ"ך
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 > בשער האזרחות
 
 
 > הרצאות מומחים ברשת
 
 
 > רשימת תפוצה
 
 > חתום בספר האורחים
 
 > כניסה לשואלים רשומים
 
 
 > English
 
תופעת הדומינו - כיצד מתפשט מידע במערכות ביולוגיות? 04/02/2016
התפשטות של חזית גל – כמו אדוות במי האגם – היא תופעה פיסיקלית שנחקרה רבות. אבל האם, וכיצד, מתפשטים מידע, או תהליכים, במערכות ביולוגיות?
מכון ויצמן למדע   |   לחץ כאן למאמר המקורי   |   שאל שאלה אודות המאמר
תחומי דעת:  מדעי המחשב  , כימיה  , ביולוגיה  , מבנה התא וגנטיקה [ ביולוגיה ]  , גנטיקה [ ביולוגיה ]  , מתמטיקה  
 
התפשטות של חזית גל – כמו אדוות במי האגם – היא תופעה פיסיקלית שנחקרה רבות. אבל האם, וכיצד, מתפשטים מידע, או תהליכים, במערכות ביולוגיות? פרופ' רועי בר-זיו, ותלמידי המחקר אלכסנדרה טייר ואייל קרצברון, מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, התמודדו עם שאלה בסיסית זו באמצעות ניסוי שבו יצרו התפשטות כזאת, והראו כיצד אפשר לשלוט במאפייניה, ובראש ובראשונה בקצב ההתפשטות, ולכוון אותם.
 
 
המחקר, שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Physics, בוצע במערכת שהמדענים עמלים על פיתוחה זה יותר מעשור, ואפשר לראותה כמערכת מלאכותית אשר מדמה תאים ביולוגיים. תאים אלה, כל אחד מהם בעומק של מיליונית המטר, "נחצבו" בסיליקון, ולמעשה יוצרים "שבב ביולוגי". התאים מחוברים באמצעות צינורות דקים לתעלת זרימה מרכזית. בכל תא מקובעים לרצפת התא גדילי די-אן-אי צפופים. התוכן של המקטעים הגנטיים האלה נקבע על-ידי המדענים. כדי "לתרגם" את הגנים האלה לחלבונים, המדענים ממלאים את התאים המלאכותיים בתמצית תאי אי-קולי, המכילה את כל המנגנון החיידקי שאחראי על תרגום חלבונים (ובהם ריבוזומים). בשלב זה מתחולל בתאים המלאכותיים תהליך של ייצור חלבונים, שלאחר מכן ייצאו מהתאים דרך הצינורות הדקים שמובילים לתעלת הזרימה הגדולה. תהליך הפינוי של החלבונים מדמה את תחלופת החלבונים הטבעית, כפי שהיא מתבצעת בתאים חיים. 
 
בניסוי החדש הוסיפו המדענים ערוץ תקשורת נוסף בין התאים, בדמות צינורית דקה שקישרה את התאים זה לזה לפי סדר הצבתם במערכת. כלומר, צינורית אחת קישרה את התא הראשון בשורה אל התא השני, צינורית אחרת קישרה את התא השני לשלישי, וכך הלאה. באמצעות שילוב גנים שמקודדים לחלבוני בקרה הצליחו המדענים לחולל תהליך שבו, בתא אחד נוצר חלבון תקשורת, אשר עבר בצינורית אל התא הסמוך, גרם בו לביטוי של אותו חלבון תקשורת, שעבר לתא השלישי, וכך הלאה. מפל ריכוז חלבון התקשורת נצפה באמצעות חלבון מדווח זוהר המעיד על פעילות חלבון התקשורת. כך צפו המדענים בתאים ש"נדלקים" בזה אחר זה, בקצב קבוע, ללא התערבות, ולמעשה ללא מגע יד אדם.
 
התקדמות חזית גל של ביטוי חלבון בין תאים מלאכותיים בשבב סיליקון. החזית נוצרת על-ידי רשת גנטית בכל תא, וחלבון מאיר (בירוק) מדווח על מהירות התקדמות הביטוי, כמילימטר בשעה
 
התקדמות חזית גל של ביטוי חלבון בין תאים מלאכותיים בשבב סיליקון. החזית נוצרת על-ידי רשת גנטית בכל תא, וחלבון מאיר (בירוק) מדווח על מהירות התקדמות הביטוי, כמילימטר בשעה
 
"המערך הגנטי-ביוכימי שיצרנו מבוסס על זירוז עצמי (אוטוקטליזה), המבוקר באמצעות חלבון מסוים", אומרת אלכסנדרה טייר. "חלבון הבקרה נקשר לחלבון שמתפקד כמעין מתג, אשר מפעיל את הזירוז העצמי, וזה גורם גם להתרבות של החלבון המדווח (החלבון הזוהר) – דבר שיוצר את התופעה שאנו רואים כתא ש'נדלק'. בשלב זה, החלבון המאתחל את התהליך מתרבה, עובר בצינורית לתא הסמוך, ומתחיל בו את התהליך מחדש. זוהי מעין תופעת דומינו". 
 
מוסיף אייל קרצברון: "מדובר בתופעה של התקדמות גל המעביר מידע גנטי-ביולוגי, בדומה להתקדמות אותות אופטיים בכבלי תקשורת. בגלל המעגל הגנטי המבוסס על ההגבר העצמי, חזית הגל אינה דועכת, אלא שומרת על צורתה, ולכן האות מתקדם באופן מהימן לאורך המערכת. קביעה מדויקת של כמות הגנים המקודדים לחלבוני הבקרה איפשרה לנו לשלוט בקצב ההתפשטות של האות, בעוצמתו, ובתכונות נוספות שלו". משך הזמן שנדרש לאות לעבור מקצה אחד של המערכת לקצה השני, הוא – לפי הכיוונון שביצעו המדענים – בטווח של שעות.
 
"מערכת זו מבצעת חישוב של העברת מידע המקודד בריכוזים של חלבונים אשר משתנים בזמן ובמרחב, כמו למשל בהתפתחות עוברית ראשונית", אומר פרופ' בר-זיו. "לכן, בעתיד, עשויה מערכת זו לאפשר שיחזור מלאכותי של תהליכים ביולוגים בסיסיים, כגון ייצור תבניות מרחביות, וחקירת דינמיקה של מעגלים גנטיים. מערכת השבב של התאים המלאכותיים עשויה לאפשר חישה, העברת מידע ועיבודו, ובין היתר ניטור תופעות סביבתיות שונות".

 




הוסף תגובה הדפס מאמר      שלח לחבר      מאמר מועדף
 
שלח שאלה למומחה   |   שמור כדף הבית   |   הוסף למועדפים   |   תנאי שימוש באתר   |   Powered By Art-Up