ביומימיקרי

משמעות המונח ביומימיקרי היא חיקוי החיים (Biomimicry: Bio=life; mimesis=imitate). ביומימיקרי היא דיסיפלינה רב-תחומית המקדמת חיקוי ולמידה מהטבע לפתרון בעיות בדרכים מקיימות.

חדש(נ)ות מהטבע פברואר 2016

קוראים יקרים שלום,

ב- 15.03 יפתח קורס ביומימיקרי! קורס מקיף, מקצועי, וחוויתי המספק את מיטב המתודולוגיות והכלים להובלת תהליך חדשנות ביומימטית. נותרו מקומות אחרונים. לפרטים והרשמה.  

החודש נרחיב על שני פיתוחים ביומימטים ישראלים מעולם הרפואה: תרופות למחלות אוטואימוניות בהשראת מנגנון ההשרדות של תולעי מעיים ואנטיביוטיקה פורצת דרך בהשראת החרקים. עוד נרחיב על הפוטנציאל בחיקוי החקיין ולסיומו של החורף נספר לכם איך אפשר לפתח מערכת חימום בהשראת עין הלובסטר.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

אנטיביוטיקה בהשראת מנגנוני ההגנה של החרקים

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

במהלך 250 מיליון שנות אבולוציה, פיתחו המקקים מנגנון הגנה פשוט נגד חיידקים. המנגנון המיוחד עוקף הסתגלות, ולכן לא מאפשר פיתוח עמידות של החיידקים כנגדו. חברת Omnix Medical, שהוקמה על ידי ד"ר מושיק כהן קוטנר וד"ר ניב בחנוף בחממת VLX Ventures  בירושלים, מפתחת אנטיביוטיקה חדשה המבוססת על מנגנון הגנה זה.

לחיידקים יכולת הסתגלות מהירה לחומרים אנטיביוטיים ואנטיספטיים שונים, ולאורך השנים יכולת ההסתגלות המהירה הזו מאפשרת להם לפתח עמידות לאנטיביוטיקה הקיימת, על מגוון סוגיה. עמידות החיידקים לאנטיביוטיקה מהווה איום משמעותי על בריאות הציבור, ורשויות הבריאות בעולם שמו להן למטרה לעודד פיתוח סוגים חדשים של אנטיביוטיקה, שיאפשרו לאנושות להתמודד עם שורה של חיידקים עמידים, מסכני חיים.
איך מתמודדים המקקים, הדבורים, העכבישים ושאר חברי המשפחה עם אחד האתגרים הרפואיים הגדולים של המאה העשרים ואחת?
מערכת החיסון היא מערכת סבוכה מאוד, שהותאמה במהלך האבולוציה במגוון דרכים לאיומים שונים, ונוצר פזל מורכב של אלמנטים המשתתפים בהגנה החיסונית אצל בעלי חיים. משפחת החרקים היא הגדולה, העשירה והמגוונת ביותר במשפחות בעלי החיים, וגם הם נדרשים להתגבר באופן אפקטיבי על מחוללי מחלות.  מערכת החיסון המולדת במשפחת החרקים מצליחה להשמיד חיידקים ופולשים שונים באמצעות אינטראקציות תאיות והורמונליות. התגובה ההורמונלית מתווכת בעיקרה על ידי סינתזה מהירה ושחרור של פפטידים (חלבונים קצרים) אנטי-מיקרוביאלים (AMPs) למוקד הדלקת. ה AMPs הם חלק מארסנל התחמושת של החרקים נגד פולשים. עד היום זוהו   AMPsרבים, אך הראשון שזוהה הוא של העש הדרום אמריקאי הגדול Hyalophora cecropia .
ל AMPs מנגנוני פעולה מגוונים, והם מצליחים להשמיד את הפתוגן הפולש - לדוגמה באמצעות שינוי המפל האלקטרוכימי של קרום התא - ובכך לפגוע בהומהוסטזיס של החיידק. ישנם AMPs הגורמים לעיכוב ביצירת חלבונים בתא המטרה, כולל למשל הגברת חדירות קרום על ידי יצירת תעלות בקרום תא החיידק עד להשמדתו ועוד. ל AMPs משקל מולקולרי נמוך יחסית והם... בלתי  יציבים.
חברת אומניקס מדיקל, שהוקמה בשנת 2015, מחקה שורה של פפטידים אנטי-מיקרוביאלים להתמודדות עם חיידקי גרם שליליים, תוך פיתוח טכנולוגי הפותר את בעיית היציבות של פפטידים אלו. החברה הוכיחה בניסויי מעבדה (In-vitro) ובניסויי חיה ראשוניים את יעילות הפפטידים שפיתחה ואת בטיחותם. למידע נוסף על החברה, אפשר לפנות לחממת VLX Ventures ב info@vlx.co.il
ואתם, האם ראיתם אי פעם מקק צרוד? או דבורה מתעטשת? כנראה שלא.

עין הלובסטר ותנורי חימום

מאת: יעל הלפמן כהן
עין הלובסטר, המורכבת ממבני עדשות משקפות המכוונות וממקדות קרינת אינפרה אדום, היוו השראה לפיתוח מפיצי חום יעילים יותר.

בימים קרים, כולנו אוהבים להצטופף סביב מקור חום, נייד או קבוע– העיקר שנהייה בקרבתו. אך היעילות האנרגטית של תנורי חום כאלו, אינה גבוהה, כי החום נוטה לעלות למעלה, למרות שצרכני החום נמצאים לרוב לצד או מתחת לתנור תלוי. ברור שחימום אזורים ספציפיים, ולא פיזור החום בכל המרחב, יאפשר חיסכון באנרגיה.
בעיניים של לובסטר, שרימפסים וסרטן הנהרות,  יש מבני עדשות משקפות בחלק החיצוני של העין, הממקדות ומכוונות קרינת אינפרה-אדום, לנקודות מסוימות ברשתית. באופן זה, מועצם אור מעומעם בסביבה הטבעית, לשיפור הראייה. יכולת זאת, של מיקוד קרינת האור, היוותה מקור השראה לפיתוח תנורי חום יעילים יותר, מבוססים על טכנולוגיית  IRLens. העדשות בעין הלובסטר מכוונות את האור לכיוון הרשתית, ואילו התנור מכוון את החום לאזור הנמצא מתחת למקור החום, במקום שיתפזר בחלל. הפתרון, המבוסס על ניצול החזרי הקרינה ממבני העדשות, מאפשר מעבר של כ- 85% מהקרינה לאזור הרצוי, יחסית ל- 40% בפתרונות אחרים, כלומר, הכפלה של היעילות.

הממציא והיזם, רוג'ר גו'נסון, שהגן על המצאתו על ידי רישומה כפטנט, בילה בילדותו שעות רבות ביער האמזונס, מתבונן וחוקר איך "דברים" עובדים בטבע. הוא שאל איך הטבע מייצר דברים נוצצים כמו קשקשי דגים ועיני חתולים? בבגרותו, לאחר לימודי תואר בהנדסה, חזר לחקור את המבנים הנוצצים והתעמק בעיקר בעין הלובסטר. החברה שייסד, Radiant Optics, החלה במסחור רעיון מבני העדשות הממקדות לטכנולוגיות של תנורי חום, ופיתחה שורת מוצרים של תנורי Hotzone,  מבוססי חשמל וגז. לאחר כמה שנות פעילות, מסר את הזיכיון לשימוש בטכנולוגיה בבלעדיות לחברת Schaefer Ventilation, להמשך קידום ומסחור הטכנולוגיה.
אז בפעם הבאה שאתם עומדים תחת דלפק מכירה וחם לכם, תרימו את הראש למעלה, והביטו ב"עיני הלובסטר" במופעם הטכנולוגי.

על תולעי מעיים ופיתוח תרופות

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

הידעתם שבאפריקה כמעט ואין חולים בטרשת נפוצה ואילו בעולם המערבי שיעור החולים במחלה זו ובמחלות אוטואימוניות אחרות הולך וגדל?

מחלות אוטואימוניות הן מחלות בהן מערכת החיסון מזהה בטעות חלבונים עצמוניים כפולש זר ומתקיפה אותם. קיימות כ 80 מחלות אוטואימוניות. המחלות יכולות לפגוע באיבר מטרה אחד כמו העיניים בדלקת הענביה (Uveitis ), מחלות הפוגעות במספר מערכות כמו הכליות, המוח, העור, במחלת הזאבת (Lupus ), המעי במחלת הקרוהן, המפרקים בדלקת המפרקים השיגרונתית ועוד. הטיפול במחלות אלה מבוסס על דיכוי פעילות מערכת החיסון כך שהיא לא תגרום לדלקת אוטואימונית. דיכוי מערכת החיסון חושף את החולה לזיהומים ולמחלות שונות, ועלול לגרום לתופעות לוואי ולסיבוכים קשים.

מדוע באפריקה ובמדינות מתפתחות שכיחותן של המחלות האוטואימוניות נמוך, ואילו במדינות המפותחות השכיחות במגמת עלייה מתמדת? כדי לענות על שאלה זו, בחנו מדענים תופעה נוספת, שמבדילה בין המדינות המתפתחות למדינות המפותחות – נוכחותם של תולעי מעיים וטפילים שונים. מתברר שזו גבוהה משמעותית במדינות המתפתחות, עובדה שתרמה להגדרת תאוריית ההיגיינה, הגורסת שככל שרמת ההיגיינה גבוהה יותר, כך יש יותר מחלות אוטואימוניות. כשחקרו את הסיבה לאפקט המגן על טפילים שונים מפני מחלות אוטואימוניות, מצאו שטפילים, ובמיוחד תולעי מעיים, פיתחו אסטרטגיה הישרדותית מעניינת. על מנת לשרוד בגוף האדם הם מפרישים מולקולה המווסתת את מערכת החיסון האנושי, כך שזו האחרונה לא תתקוף אותם. מצד אחד ויסות מערכת החיסון מאפשר לתולעת לשרוד ולשגשג בגוף האדם, ומצד שני הוא אינו מדכא את מערכת החיסון ומונע ממנה להגן על האדם מפולשים אחרים.

בבית החולים שיבא פיתחו פרופ' שינפלד ופרופ' בלנק מולקולה בהשראת תולעי המעיים, אשר מורכבת מחיקוי הרכיב הפעיל במולקולה הטבעית, בצירוף מולקולה נוספת בעלת יכולת לווסת את מערכת החיסון. המולקולה החדשה, ה-TPC, הוכחה כיעילה משמעותית בטיפול במחלות אוטואימוניות בניסויים בבעלי חיים.

בימים אלה מקימים פרופ' שינפלד ופרופ' בלנק את חברת TPCera בחממת VLX Venture, לפיתוח תרופה מבוססת TPC לטיפול במחלות אוטואימוניות.

נאחל להם ולנו הצלחה!

מטפסים לשיאי חקיינות חדשים


מאת: עדי וייס
נכון, שמענו כבר על בעלי חיים שמחקים בעלי חיים אחרים וגם את הסביבה שלהם, ושמענו כבר על צמחים שמחקים בעלי חיים ועל בעלי חיים שמחקים צמחים, אבל צמח אחד הצליח להפתיע בקטגוריה משלו - חקיין שמחקה צמחים אחרים.
 
הצמח Boquila trifoliolata הוא מטפס אנדמי (ייחודי) ליערות הגשם הסאב-טרופיים של צ'ילה וארגנטינה, וככל צמח, יש מי שירצה לאכול ממנו - וכמה שיותר. אבל הצמח הזה לא נשאר חייב. במידע שמצוי ב-DNA  שלו מקודדים, בין היתר, גם סיגנלים המורים לו כיצד להתאים את צורת העלים לצורת עליו של העץ הקרוב. מדובר באסטרטגיה נפוצה להגנה בטבע; אם עליו של העץ מוכרים לזחלים כרעילים למאכל, הם יימנעו גם מהחקיין המתחזה שיטפס עליו, וגם אם לא - הסיכוי שהזחל יאכל דווקא את העלים של החקיין, במקום של העץ עליו הוא מטפס, נמוכים יותר מאשר כאשר החקיין מזדחל על הקרקע.  
ההתאמה בין עלי החקיין והעץ נעשית בזכות שחרור כימיקלים שונים בגוף החקיין, הגורמים לו לפתח עלים במורפולוגיה המתאימה. מחקרים מצאו שאין לו צורך אפילו לגעת בעץ שאותו הוא מחקה, מספיק שיגדל סמוך אליו. עם זאת, המנגנון המכני שמבצע את השינוי עדיין לא ברור. החוקרים משערים כי החקיין קולט כימיקלים נדיפים שהעץ מפריש, ומשנה לפיהם את צורת העלים או מקבל את הגנים המתאימים לשינוי העלים דרך מעבר גנים בינו לבין העץ שעליו הוא מטפס.
חקיינות בצמחים היא משהו שנצפה כבר, ברמה בסיסית יותר, ורק כלפי מין מסוים של צמח שהחקיין מעתיק. המטפס החדש לוקח את אומנות החיקוי לשיאים חדשים: נמצא כי העלים שלו מחקים בהצלחה עלים של לפחות 8 מיני עצים בעלי תצורות עלים שונות. בכל פעם שהוא מטפס על, או סמוך, למין הספציפי - החקיין ישנה את עליו בהתאמה.
ואם זה לא מספיק מוזר - התברר שעל גבעול אחד, המתפתל בין עצים שונים, יכולים לגדול עלים שונים, בהתאם לעץ סביבו מתפתל החלק הספציפי.

תמונות הצמחים הפונדקאים(מסומנים ב-T) והחקיין(מסומן ב-V).
עבור הצמח, החקיינות היא דרך חיים כדי להגן על עצמו. עבורנו- ייתכן שזהו פתח למקור השראה רב. חומרים בעלי גמישות לשינוי צורה וצבע בהתאם לסימנים כימיים מהסביבה יכולים לסייע רבות במגוון טכנולוגיות אנושיות. בינתיים, מצליח המטפס הסתגלן לעורר עניין ולמשוך אליו חוקרים וסקרנים המבקשים לגלות את סודותיו.