סטייק בצלוחית: מדעני מכון ויצמן למדע גילו מסלול מהיר ליצירת סיבי שריר

יום אחד הציץ פרופ' אלדד צחור מבעד לעינית המיקרוסקופ וראה סטייק. זה קרה במעבדתו במחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע במסגרת מחקר על התחדשות רקמת השריר. במהלך ניסוי בתאי גזע של שריר בהובלת החוקרת הבתר-דוקטוריאלית, ד"ר תמר איגלר, התאחו התאים בכלי המעבדה לסיבים זעירים שהתעבו במהירות – ותוך שעות ספורות נוצרו סיבי שריר מפותחים שהזכירו נתח בשר משורג.

כדי לפענח את שרשרת האירועים המולקולריים שהובילו לתמורה המהירה והעסיסית בצלוחית המעבדה, חברו פרופ' צחור וד"ר איגלר, לד"ר אורי אבינעם, שמעבדתו במחלקה למדעים ביומולקולריים מתמחה בחקר איחוי בין תאים. במחקר המתפרסם היום בכתב-העת המדעי Developmental Cell חושף צוות המחקר מסלול מולקולרי חדש האחראי על יצירה מהירה של סיבי שריר. הממצאים החדשים עשויים לקדם הן את חקר ההתחדשות של רקמות שריר בגוף והן את הגביע הקדוש של תעשיית המזון כיום – ייצור יעיל של בשר מתורבת שעתיד להחליף את תעשיית הבשר המזהמת.

תאי גזע של רקמת השריר המכונים מיובלסטים נוצרים בעובר, אך קמצוץ מהם נשמר על פני השטח של סיבי השריר במהלך כל חיינו. מספרם של אלה אמנם הולך ופוחת עם הגיל, אך כאשר שריר נפצע – הם האחראים על תיקונו והתחדשותו. עם זאת, כדי להתחיל במלאכת השיקום, עליהם להפסיק להתחלק בעצמם, להתמיין לתאי שריר ולהתאחות זה עם זה ועם רקמת השריר הפגועה. "ללא איחוי אין התחדשות", מדגישה ד"ר איגלר. "לכן המפתח להבנת תהליך התחדשות של רקמת השריר טמון בתהליך האיחוי של המיובלסטים".

ראשיתו של המסלול המולקולרי שאחריתו היא אותו סטייק בצלוחית, היא במולקולה קטנה החוסמת את האנזים ERK במיובלסטים. חסימה זו מובילה להתמיינות של תאי הגזע בתרבית לתאי שריר, להיווצרות סיבים זעירים ולהפעלת האנזים CaMKII, שבתורו מוביל לקפיצת מדרגה בקצב האיחוי והגדילה של הסיבים. כדי לבדוק אם המסלול המולקולרי שהתגלה במעבדה אכן מעורב בתהליך ההתחדשות גם ברקמת השריר בגוף, יצרה ד"ר איגלר עכברים מהונדסים ללא CaMKII – האנזים המופיע בסוף המסלול. היא ראתה כי השיקום של רקמת שריר פצועה בעכברים המהונדסים היה איטי בהרבה בהשוואה לעכברים רגילים. כמו כן, העובדה שהמיובלסטים בתרבית מתאחים בצורה מתוזמנת מצביעה על הפעלתה של תוכנית מובנית לבניית שריר. במלים אחרות, נראה כי התהליכים שנצפו במעבדה אכן תואמים את הדרך שבה מתאחים סיבי שריר בגוף.

לפי סברה מקובלת, המבוססת על תצפיות בזבובי פירות, תהליך האיחוי מתרחש בשני שלבים – ראשוני ושניוני. כאשר עקבו החוקרים אחר תהליך האיחוי שיצרו לאורך זמן, תצפיותיהם ביססו סברה זו גם בבעלי חוליות. "ראינו כי בשלב הראשון מיובלסטים בעלי גרעין אחד מתאחים לתאים ארוכים בעלי שניים או שלושה גרעינים המכונים צינוריות שריר", מסביר ד"ר אבינעם. "בשלב השניוני, האיחוי מעלה הילוך: המיובלסטים הנותרים מתאחים עם הצינוריות שנוצרו, וכך נוצרים סיבי שריר הכוללים עשרות או אפילו מאות גרעינים. במלים אחרות, מרבית האיחוי מתרחש בשלב השניוני".

בניסויי המשך, הדגימו המדענים את הממצאים גם בתאים שמקורם בחיות משק כגון תרנגולות, פרות וכבשים. לפיכך, הממצאים עשויים לעזור להגביר את מהירות הייצור של בשר מתורבת ולהפחית בעלויותיו

סרטונים בהילוך מהיר שתיעדו את התהליך הראו כי תהליך האיחוי עובר לשלב השניוני 12 עד 16 שעות לאחר חשיפת התאים למולקולה החוסמת את האנזים ERK. בשלב זה התהליך מאיץ, ובתוך 12 שעות מתאחים הסיבים בדרך להפוך לרקמת שריר בשרנית.

בניסויי המשך, הראו המדענים כי המסלול המולקולרי שהתגלה מווסת את ההתמיינות והאיחוי של מיובלסטים בתרבית שמקורם גם בחיות משק כגון תרנגולות, פרות וכבשים. לפיכך, הממצאים עשויים לעזור להגביר את מהירות הייצור של בשר מתורבת ולהפחית בעלויותיו.

כדי לקדם יישומים אפשריים לתעשיית המזון, הוקם באחרונה הסטארט-אפ ProFuse Technology הפועל במסגרת חממת "פרש סטארט" בקרית שמונה על בסיס ממצאים אלה. חברת "ידע", זרוע מסחור הקניין הרוחני של מדעני המכון, העניקה לפרופיוז את הזכויות לטכנולוגיה החדשה ולפטנט שנרשם על התגליות.

למחקר החדש יש גם זווית היסטורית מעניינת: אחד מהאבות המייסדים של חקר צמיחת השריר היה מדען המכון פרופ' דוד יפה שהלך לעולמו ב-2020. בשנות ה-60, הוא פיתח שיטות לגידול מיובלסטים בתרבית, אשר שימשו מדענים בכל העולם במשך עשרות שנים לחקר ההתמיינות והאיחוי של תאים אלה. כעת, 60 שנה מאוחר יותר, השיטה החדשה שהתגלתה במכון עשויה לקדם משמעותית את המחקרים העתידיים בתחום.

במחקר השתתפו גם ג'וליה צרפתי, ד"ר סנסירטי סינהה וד"ר נדב שגב ממעבדתו של ד"ר אבינעם; עמנואל אמזלג, אברהם שקד וד"ר כפיר-ברוך אומנסקי ממעבדתו של פרופ' צחור; ישעיה צברי וד"ר אסף זריצקי מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב; ד"ר איל שכטר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של המכון, וד"ר דאגלס מיליי מאוניברסיטת סינסינטי בארה"ב.

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדוברת - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il