ביוטק

מוגש על ידי זכרי פרוז ושמואל וייס

תיאור מכון מחקר: כרטיס ביקור - מכון ויצמן למדע


מכון ויצמן למדע ברחובות. מכון ויצמן למדע הוא אחד ממכוני המחקר הרב-תחומיים המובילים בעולם.

שורשיו של מכון ויצמן יונקים ממכון המחקר על שם דניאל זיו שהוקם בשנת 1934 בתרומתם של ישראל ורבקה זיו, מלונדון, שביקשו להנציח בדרך זו את זכרו של בנם דניאל. יוזם הקמתו של מכון זיו, הרוח החיה בפעילתו המדעית ונשיאו הראשון היה ד"ר חיים ויצמן, כימאי בעל שם עולמי שעמד במשך שנים רבות בראש התנועה הציונית ולימים היה לנשיאה הראשון של מדינת ישראל. בנובמבר 1944, בהסכמתה ובברכתה של משפחת זיו, הוחלט כי מכון זיו יעמוד בבסיסו של ארגון מדעי רחב היקף שייקרא על שמו של ד"ר חיים ויצמן. בשניים בנובמבר 1949, לכבוד יום הולדתו ה- 75 של חיים ויצמן, נחנך מכון ויצמן למדע.

בימיו הראשונים של מכון המחקר על-שם דניאל זיו מנה הצוות של ד"ר ויצמן כעשרה מדענים בלבד. כיום עובדים במכון מעט יותר מ-2,700 בני-אדם. כ-1,000 מדענים וחברי קבוצות מחקר, כ-1,100 תלמידי מחקר, כ-220 חוקרים בתר-דוקטוריאליים וכ-400 עובדי מנהלה. במכון פועלות כ-250 קבוצות מחקר, בראשות חוקרים בכירים ופרופסורים.

המכון מחולק לחמש פקולטות: מתמטיקה ומדעי המחשב, פיסיקה, כימיה, ביוכימיה ופיסיקה. הפקולטות נחלקות ל-17 מחלקות מדעיות. לאלה נוספים מדרשת פיינברג, שהיא הגוף האוניברסיטאי של המכון, המכשיר תלמידי מחקר לתארים מתקדמים בלבד.

בנוסף קיים מכון להוראת המדעים -מכון דוידסון – אשר במסגרתה בצענו את הביוטק. מכון זה מפעיל תוכניות רבות המכוונות לתלמידים, למורים ולציבור הרחב, במטרה לחלוק עם הציבור את החוויה המדעית, ולהקנות כלים להבנה של התפתחויות מדעיות וטכנולוגיות.

יעד חשוב של מכון ויצמן הוא העברה של ממצאים מחקריים וידע אקדמי שמצטבר על ידי מדעני המכון ליישומים מעשיים לשיפור הבריאות ורמת החיים. לצד המכון הוקם חברת "ידע", העוסקת בקידום יישומים תעשייתיים על בסיס המצאותיהם של מדעני המכון הוקמה בשנת 1959. מאז הייתה מעורבת ברישום של כ-1,400 משפחות פטנטים. מאז שנת 1973 חתמה "ידע" על 169 הסכמים עם חברות ישראליות לניצול הפטנטים השונים, והקימה 42 חברות (21 מתוכן הוקמו משנת 2000 ואילך). ניתן לקבל תמונה על חשיבות פיתוחי מדעני המכון מהדוגמאות הבאות:

· בדיקת מי שפיר המשמשת לבדיקת מאפיינים גנטיים של עוברים.

· כרומטוגרפיית זיקה - שיטה להפרדת חומרים ביולוגיים, המשמשת כלי מרכזי בתעשיית הביוטכנולוגיה.

· מבנה ריבוזום- גילוי מבנה הריבוזום, בית חרושת לחלבונים של התא, המחקר והבנת עקרונות פעילותו, זיכו את פרופ' עדה יונת, מהמכון, בפרס נובל לכימיה. מחקר זה עשוי לאפשר פיתוח תרופות אנטיביוטיות שיהיו יעילות גם נגד חיידקים שפיתחו עמידות לתרופות קיימות.

· תרופות - מספר תרופות שפותחו במכון נמצאות בשימוש בארצות ברחבי העולם; בהן תרופת הקופקסון, המיוצרת על ידי חברת "טבע", פותחה בידי צוות חוקרים במכון ויצמן, ונחשבת לאחת הטובות ביותר המצויות כנגד מחלת הטרשת הנפוצה; ארביטוקס - תרופה אנטי סרטנית המיועדת לטיפול בסרטן גרורתי של המעי הגס ובסרטן ראש צוואר.[3] הם המציאו את התרופה "רביף", המיוצרת ומשווקת על ידי חברת "סרונו"; ותרכיב חיסון חדש לדלקת כבד נגיפית (הפטיטיס B), שיוצר ושווק על ידי "ביוטכנולוגיה כללית".

· השתלת לשד העצם - שיטה מקורית להשתלת לשד עצם מתורם לא תואם, מיושמת במספר בתי חולים בארץ ובעולם, וכך גם שיטה מתקדמת, ולא חודרנית, להבחנה בין גידולים סרטניים לבין גידולים שפירים, באמצעות תהודה מגנטית.

· חקלאות- מדעני המכון פיתחו זנים שונים של גידולים חקלאיים משופרים: חיטה עשירה בחלבון ועתירת יבולים, מלונים שמקדימים להבשיל, מלפפוני דלילה עמידים כנגד מחלות.

Big image

מאמר מקדים:

מושגים:

מבנה תא עצב- תפקידו של תא עצב הוא לקלוט לעבד ולהעביר מידע מתא לתא, מידע מחוץ לגוף לתוכו ולהפך. תא עצב בנוי משלושה חלקים עיקריים- גוף תא, דנדריטיים ואקסונים.

באופן כללי תא עצב רגיל מורכב מגוף התא ושלוחותיו‏. לשלוחות התא יש תפקיד מרכזי בהעברת המידע העצבי והן כוללות את האקסונים והדנדריטים‏. במרבית התאים בבעלי החוליות מתקבל הקלט בדנדריט, והפלט מועבר דרך האקסון על הסינפסות המחוברות אליו. הסינפסות אינן חלק מתא העצב עצמו. הן המרווח שבו האותות מועברים מהאקסון של תא העצב המשדר אל תא המטרה או המרווח שבו הם מתקבלים מתא אחר על ידי הדנדריט של תא העצב. הדנדריט הוא שלוחה קצרה של תא העצב הקולטת את האותות הנשלחים לסינפסה מתאים אחרים. הדנדריט ממיר את המידע שנקלט לאות חשמלי המכונה דחף עצבי ומוליך אותו לגוף התא. האות החשמלי הנוצר בדנדריט הוא אנלוגי מדורג ודועך למשך כמה מאיות שנייה. מקור השם הוא מהמילה היוונית dendros, שפירושה עץ, שניתן להם בשל צורתם; שלוחות המתפצלות לעוד ועוד סעיפים וסעיפי משנה ונראות כעץ. גוף תא העצב מכיל את הגרעין שבו המידע הגנטי של התא ואת מערכות התא שמאפשרות תפקוד תקין. הוא קולט מידע חשמלי מהדנדריטים, שיכולים לשנות את הפוטנציאל החשמלי של גוף התא. האקסון הוא שלוחה ארוכה של תא העצב המתפקדת כקו תקשורת‏. תפקידו הוא להוליך דחפים עצביים למרחק ניכר מגוף התא. המידע מועבר באקסון בצורת אות חשמלי אחיד. האקסון הוא סיב עצבי העשוי בצורה של מפרקים. חלקו המרכזי הוא גליל הציר, שמכיל מספר רב של סיבים עדינים. הסיבים יכולים להיות עטופים, באופן לא רציף במעטפת של מיאלין, שהיא רקמה שומנית לבנה העוטפת סיבי עצב וגורמת לזירוז הולכת המידע. בקצהו של האקסון הוא מתפצל לענפים רבים, הקרויים טרמינלים, כאשר בקצוות שלהם יש כפתורים סופיים, שהם נקודות החיבור לתאים אחרים. הדחף העצבי המועבר באקסון גורם לו לשחרר בכפתורי הטרמינל שבקצה השלוחות שלו, מולקולות של מוליך עצבי המאוחסנות בשלפוחית סינפטית אל עבר הסינפסה. כאשר האקסון מעביר הוראה לסיב שריר, האקסון של העצב מתחבר ללוחיות מוטוריות שבשריר, וגורם להם להתכווץ או להרפות.

Big image
אצטילכולין- הוא מוליך עצבי נוזלי כימי של המערכת המוטורית ומערכת העצבים הפאראסימפתטית בגוף האדם. אצליטכולין משוחרר בכל סינפסה בה תא עצב מסתיים ברקמת שריר שלד. הוא מכוון למבנים קטנים על תאי השריר, שמכוסים במולקולות של קולטנים. כאשר קולטנים אלו מופעלים על ידי אצטילכולין, הם גורמים לתחילתו של קישור מולקולרי בתוך תאי השרי, ולבסוף גורמים לו להתכווץ.
Big image

מ DNA לחלבון- התהליך מתואר כך: דנ"א←RNA←חלבון. הדנ"א הוא רצף של מולקולות בשם נוקלאוטידים מארבע סוגים, כך שקומבינציות של שלושה נוקליאוטידים ) קודון( מקודדות לחומצת אמינו אחת. וחומצות אמינו הן אבני היסוד של החלבונים. שעתוק – בהתחלה הדנ"א נפתח לשני הגדילים שלו על ידי ההליקאז. אחר כך עובר אנזים בשם RNA פולימראז ומשלים את הגדיל עם נוקלאוטידים מסוג מעט שונה. אחרי שהוא מסיים את התהליך, הגדיל החדש (RNA) נפרד מהדנ"א ויוצא מגרעין התא דרך מעבר מיוחד. לאחר מכן הדנ"א חוזר למצב הדו-גדילי. תרגום – אחרי שה-RNA שרק עכשיו נוצר מגיע לנוזל התוך תאי (ציטופלזמה), מתחבר אליו הריבוזום. הריבוזום מחזיק את ה-RNA ומאפשר קישור של tRNA, ) באזור האנטיקודון( שתפקידו לזהות את הרצף של ה-RNA ולהתאים חומצת אמינו לכל קבוצה של שלושה נוקלאוטידים, לפי קוד קבוע מראש. ה-tRNA הוא למעשה רצף של שלושה נוקלאוטידים שמחוברים בצדם השני לחומצת אמינו אחת. שלושת הנוקלאוטידים מזהים את השלישייה המשלימה שלהן ב-RNA ונקשרים אליה. כששני tRNA נקשרים ל-RNA זה לצד זה, הריבוזום קושר אותם יחד ונע קדימה לאורך גבי גדיל ה-RNA כדי לקלוט tRNA חדש. כל הריבוזום מתקדם, חומצות אמינו נקשרות זו לזו עד לתום גדיל הRNA. אחרי שכל חומצות האמינו נקשרו, הריבוזום מתנתק והחלבון שנוצר זה עתה מנויד לאתר הפעילות שלו על ידי חלבונים אחרים שזה תפקידם. קיפול – יש דרכים רבות שבהן החלבון יכול להתקפל, גם בקיפול ספונטני בנוזל התוך תאי וגם בקיפול בסיוע חלבונים נוספים ברשת האנדופלסמטית או בממברנה. הקיפול יוצר את המצב היציב ביותר של החלבון ובמצב הזה החלבון גם מבצע את תפקידו. קיפול לא נכון של החלבון עלול לשבש את פעילותו או חמור מכך – ליצור גושי חלבון שיפריעו לתא לתפקד.

Big image
מוטציה- מונח בביולוגיה המתאר שינוי ברצף הנוקלאוטידים ב-DNA, זאת אומרת, שינוי בהרכב הגנטי של יצור מסוים. שינוי כזה עשוי להביא לשינוי באחת או יותר מתכונות היצור החי, זאת אומרת שינוי בפנוטיפ. יצוין שמוטציות מתרחשות באופן טבעי, אם כי נדיר יחסית, כחלק מפעילותו הרגילה של התא החי. מוטציות אלה נקראות מוטציות ספונטניות. לעומת זאת, מוטציות לא ספונטניות הן מוטציות הנגרמות מזיהום סביבתי (כימי, רדיואקטיבי או נגיפי) או שמושרות במתכוון על ידי האדם באמצעות שימוש בקרינה ובכימיקלים, וכן באמצעות השתלת אלמנטים בגנום (למטרות מחקר או חקלאות).
Big image

האנזים PON1 -מסונתז בכבד ומצוי בסרום של יונקים. הוא מזרז הידרוליזה של תרכובות אורגנו-זרחתיות, לדוגמא גזי- עצבים, ובכך מנטרל את השפעתן הרעילה. מספר יתרונות לאנזים pon1 כמזרז הידרוליזה לתרכובות אורגנו זרחתיות: הוא חלבון אנושי ולכן לא תתלווה להזרקתו תגובה חיסונית לא רצויה, הפעילות הקטליטית שלו יעילה ואף ניתנת לשיפור באמצעות הנדסת חלבונים, הוא מציג יציבות תרמית ואיחסונית, זמן מחצית החיים שלו מתאים ואין לו השפעות התנהגותיות או פיזיולוגיות. למרבה הפלא, נתגלה כי האנזים pon1 הוא אנזים רב פעלים. בנוסף לפעילותו בפירוק גזי עצבים יש לו תפקיד במניעת טרשת עורקים. חלקיקי LDL (Low Density Lipoprotein) נוצרים בכבד ומתחמצנים בדרכם אל תאי הגוף, שוקעים בדפנות העורקים ומעלים את הסיכון למחלות לב וכלי דם. האנזים pon1 מפחית את כמות הליפידים המחומצנים המצויים ב-LDL (על- ידי עיכוב חימצונם). יחד עם זאת, פעילותו העיקרית של האנזים pon1 הוא זירוז הידרוליזה של לקטונים.

Big image

שיטת האבולוציה המכוונת- שיטה זו, המשמשת בהנדסת חלבונים, משלבת שני עקרונות של האבולוציה הדארווניסטית: יצירה של גרסאות גנטיות רבות וברירה טבעית ביניהן. לשיטה זו יש שלושה שלבים:

שלושת השלבים הקיימים בניסוי אבולוציה מכוונת:

1.יצירת שונות - השראת מוטציות נקודתיות אקראיות בגן המקודד לחלבון המטרה -pon1 ,על מנת ליצור "ספרייה" רחבה של גנים. בשיטה זו מוטציות אקראיות מוחדרות לגן המטרה. הגרסאות הרבות של הגנים הוחדרו לחיידקי E. coli.

2. סריקה/ סלקציה - הספרייה שהתקבלה נבחנת על מנת לבדוק האם קיימות מוטציות בעלי התכונה בה אנו מעוניינים על ידי שימוש בסלקציה או סריקה. שיטת הסריקה צריכה להיות מהירה, רגישה ואמינה על מנת לאפשר לנו לשלוט על פעילות אנזים במספר גדול של דוגמאות בדרך מהירה ויעילה.

סלקציה- שיטה זו באופן אוטומטי שוללת את כל המוטציות חסרות התפקוד על ידי כך שמאפשרת את הגידול רק של מוטנטים המציגים את התכונה הרצויה. חשוב לציין ששלב יצירת השונות מתקיים בכל הגנים, שלב הסלקציה/ סריקה ספציפי לחלבון בעל התכונה הרצויה, לכן זהו השלב החשוב והמאתגר ביותר בניסוי זה.

3. הגברה, הגרסאות הגנטיות- המוטנטים שזוהו עד כה משוכפלים לכמויות רבות, דבר המאפשר לקבוע את רצף הדנ"א על מנת לזהות את המוטציות שגרמו לתפקוד החדש של החלבון.

שלושת השלבים הנ"ל נקראים "סיבוב" של אבולוציה ישירה. ברוב הניסויים משתמשים ביותר מסיבוב אחד, כאשר בסיבוב הבא נשתמש ב"מנצחים" של הסיבוב הקודם (הם יהוו את הבסיס ליצירת השונות). בסוף הניסוי החלבון המוטנטי מאופיין על ידי שיטות ביוכימיות.

היתרון של שיטה זו הוא שאין צורך בידע רב על מבנה או תפקוד חלבון המטרה.

Big image
פלסמיד- דנ"א חוץ תאי שאינו חלק מהדנ"א הכרומוזומאלי. הפלסמיד הוא בעל יכולת שכפול עצמית. הפלסמיד מופיע בדרך כלל בחיידקים אך יכול להופיע גם ביצורים אאוקריוטים. הפלסמיד הוא דנ"א דו גדילי מעגלי. הפלסמיד מכיל גנים שאינם חיוניים לחיידק על מנת לשרוד בתנאים רגילים. בתהליך של העברה גנטית אופקית, הקרוי קוניוגציה, חיידק תורם (חיידק בעל פלסמיד) מסוגל להעתיק מידע גנטי לחיידק מקבל. באופן זה מועברות לחיידק המקבל תכונות ובהן (כאשר מועתקים הגנים מהפלסמיד עצמו) היכולת "לתרום" בעצמו.
Big image

עקומת גידול של חיידקים - מחולקת למספר שלבים:

Lag – התאקלמות - החיידק מגיע לתנאי סביבה חדשים (מבחינת טמפרטורה, נוטריינטים, וכו...) והוא צריך להתארגן מחדש (לייצר אנזימים המתאימים לתנאים הנוכחיים)

Exponential – החיידק מתרבה בחלוקה בינרית. לחלוקת התא בתנאים אופטימליים יש קצב גידול אקספוננציאלי עם חלוקה כל 15-20 דקות. (שכפול הדנ"א הוא שלב מגביל המהירות, אשר אינו מאפשר התחלקות מהירה יותר).

Stationary - חומרי מזון נגמרים, אין חמצן, צפיפות גבוהה והצטברות חומרי פסולת. יחס שווה בין החיידקים שמתים לחיידקים שמתרבים.

Decline - מתחילה תמותה של חיידקים בעקבות מחסור בנוטריינטים והרעלה מהפסולת שהצטברה.
Big image

אופרון הלקטוז- הוא אופרון הדרוש לפירוק ושינוע של הסוכר לקטוז בחיידקי E.coli וביצורים פרוקריוטים נוספים. אופרון זה הוא מנגנון הבקרה הגנטי הראשון שפוענח ביצורים פרוקריוטים ולכן משמש כמודל ללימוד בקרת גנים. אופרון הלקטוז מורכב משלושה גנים רצופים המקודדים לשלושה חלבונים שונים.

Big image
Kcat – מספר מולקולות הסובסטראט שמשתנות לתוצר על-ידי מולקולת אנזים אחת ביחידת זמן, כשהאנזים פועל במהירות מירבית. במילים אחרות: המספר המירבי של תגובות אנזימטיות שאנזים יכול לעשות ביחידת זמן (בדרך כלל בשניה). ערך זה הוא ערך נתון וקבוע לאנזים מסוים על סובסטראט מסוים, בתנאים מוגדרים של pH וטמפרטורה.

Km – ריכוז סובסטראט המביא לחצי מהמהירות המרבית של פעילות האנזים. ערך זה הוא ערך נתון וקבוע לאנזים מסוים על סובסטראט מסוים, בתנאים מוגדרים של pH וטמפרטורה.

שאלות:

1. כיצד מועבר הדחף העצבי לאורך תא העצב, וכיצד ממנו אל התא הבא?
גירוי כלשהו מגיע אל תא העצב ונקלט על ידי הדנדריטים ומתורגם בהם לאות חשמלי. הזרם החשמלי עובר לאורך האקסון במהירות מאוד גבוהה הנמדדת באלפית שניה לאורך האקסון עד לקצהו כמו זרם העובר בחוט חשמלי. בקצה האקסון נמצאת נקודת המפגש בין תא העצב לתא המטרה (אשר יכול להיות גם עוד תא עצב). צומת זה, שבו עובר מידע מתא העצב לתא המטרה, נקרא סינפסה. הגירוי עובר בסינפסה בתור אות כימי. אם תא המטרה הוא עוד תא עצב אז האות הכימי נקלט בדנדריטים ומתורגם לאות חשמלי. כך זה חוזר חלילה עד שמגיעים לתא המטרה הסופי.

2. א. מהו גז עצבים וכיצד פוגעים גזי העצבים בהולכה העצבית?
ב. איזה סוג של מעכב מהווה גז העצבים? פרטו.
א. גז עצבים הוא חומר לחימה כימי המבוסס על תרכובת זרחן אורגניות נוזליות בטמפרטורת החדר. תרכובות אלה משבשות את העברת המסרים בתאי העצב בגוף על ידי חסימת תפקוד האנזים אצטילכולין אסטראז, אשר באופן רגיל מווסת את פעילות הנוירוטרנסמיטר אצטילכולין. גז העצבים תוקף את מערכת העצבים של האדם. כל גזי העצבים פועלים באותו אופן- שיבוש פירוקם של נוירוטרנסמיטרים השולטים בהתכווצות השרירים וכך נמנעת הרפיית השרירים בגוף.

התסמינים הראשונים של חשיפה לגז עצבים הם נזלת, קושי בנשימה והתכווצות האישונים. אחרי זה ממשיך הנפגע מגז העצבים לאבד שליטה על שריריו עד למוות. לפעמים השפעתו של גז העצבים היא ממשוכת ומצטברת ועלול להיגרם לנפגע נזק נוירולוגי קשה. אבל, במידה והנפגע מקבל טיפול רפואי מתאים הוא עשוי לעבור את השפעת הגז מבלי להיפגע משמעותית. יצוין שהשימוש בגז עצבים הוצא מחוץ לחוק ע"י האום כחלק מהחלטת מועצת האו"ם 687 לאיסור לשימוש בנשק להשמדה המונית.

ב. לא תחרותי בגלל שהקשר שלו בלתי הפיך.

3. א. בערכות המגן מצוי מזרק אטרופין המשמש לטיפול עצמי בעת חשיפה לגז עצבים.
מהו האטרופין ומהו מנגנון השפעתו?
א. אטרופין הוא אלקלואיד טרופאני, המוגדר כתרכובת אורגאנית. אטרופין גורם לכך שפעילות המערכת העצבים הפראסימפתטית תצטמצם. דבר זה גורם לכך שפעילות כל השרירים והבלוטות המווסתים על ידי מערכת זו תרד. דבר זה קורה בזכות זה שהאטרופין עובד בצורה תחרותית (הוא אנטגוניסט תחרותי לקולטני האצטילכולין). אטרופין דומה במבנהו לאצטילכולין. לכן, הוא נקשר לסוג מסוים של קולטנים לאצטילכולין, המצויים במערכת הנשימה, בלב ובאיברים נוספים. כאשר הקולטנים "תפוסים" ע"י האטרופין, פעילות האצטילכולין מצטמצמת.

4.מהן התכונות הרצויות לאנזים על מנת שישמש כ"מטאטא ביולוגי" יעיל לסילוק תרכובות אורגנו- זרחתיות וימצא מתאים לשיווק מסחרי?

התכונות הרצויות לאנזים על מנת שישמש כמטאטא ביולוגי יעיל הן: ספציפיות, יעילות קטליטית, היכרות עם הסביבה הפיזיולוגית, היעדר תופעות לוואי מזיקות, תגובה מהירה עם תרכובות אורגנו זרחתיות, בעל זמן מחצית חיים ארוך, ללא השפעות מזיקות על תהליכים ביולוגיים, עליו לפעול על מגוון גדול של תרכובות אורגנו זרחתיות, צריך להיות יציב בתנאי טמפרטורה ואחסון שונים, נדרשת שיטה פשוטה וידידותית להחדרת האנזים לגוף וכדאיות כלכלית בייצור התעשייתי

5.א. מהם האלמנטים השונים בפלסמיד שעשו בו את הטרנספורמציה? הסבר למה הם נועדו.

ב. מהם האלמנטים השונים שהוסיפו לגן 1 pon ? הסבר למה הם נועדו.

א. אתרי הגבלה לאנזימי הגבלה שונים- כדי שיהיה את האפשרות לחתוך אותו בכמה מקומות, אלמנטים של בקרת אופרון הלקטוז- כדי שיוכלו לשלוט בתזמון הפעולה של האנזים, עמידות לאמפיצילין על מנת שיהיה דרך לבדוק באיזה חיידקים הפלסמיד נמצא ובאיזה לא , איזור המקודד ל6-8 היסטידינים- על מנת לנקות את החלבון בשלב מאוחר יותר
ב. לטיפול באמצעות אנזימים מספר יתרונות: ספיציפיות, יעילות קטליטית, היכרות עם הסביבה הפיזיולוגית והיעדר תופעות לוואי מזיקות. אנזים המשמש כ"מטאטא ביולוגי" יעיל של תרכובות אורגנו זרחתיות בתוך גוף חי חייב להגיב במהירות רבה עם תרכובות אילו, חייב להיות בעל זמן מחצית חיים ארוך, אסור שיעורר תגובה חיסונית וחשוב שיהיה ללא השפעות מזיקות על תהליכים ביולוגים. על מנת שאפשר יהיה להשתמש באנזים עליו להיות זמין בכמויות גדולות, עליו לפעול על מגוון גדול של תרכובות אורגנו-זרחתיות, האנזים צריך להיות יציב בתנאי טמפרטורה ואחסון שונים, מבלי לאבד מפעילותו. כמו כן, נדרשת שיטה פשוטה וידידותית להחדרת האנזים לגוף ולבסוף יש לבדוק את הכדאיות הכלכלית ביצורו התעשייתי.

6. בניסוי המתואר במאמר בדקו החוקרים את פירוק גז העצבים על ידי האנזים pon1 המקורי ועל ידי שני אנזימים מוטנטים: המוטנט pon1- 4E9 והמוטנט pon1- 2D8. א. קבע על פי הנתונים בגרף איזה אנזים הוא היעיל ביותר בפירוק גז העצבים? נמק.

ב. מדוע לא הסתפקו החוקרים בניסוי הראשוני ובחרו לבחון את השפעת האנזימים המוטנטים גם על הישרדות עכברים?

א. הוא היעיל ביותר מפני שלאורך הזמן הוא זה שגרם ליותר תוצר פירוק של גז העצבים

ב. כדי לבדוק האם היעילות נשמרת גם בתנאים של מערכת הגוף החי

7. על פי התוצאות המוצגות בטבלה 1, איזה מוטנט יעיל בטיפול בפגעי גז עצבים? נמק.

ה- pon1 4e9 כי רואים שלו יש את אחוזי השרידה המרביים

8. א. מדוע התעורר הצורך להפיק את האנזים pon1 מתאי חיידקים ולא מסרום של אדם?

ב. באיזו בעיה נתקלו החוקרים בניסיונות ההפקה מחיידקים וכיצד היא נפתרה?

א. צורך זה התעורר לאור העובדה שpon1 שנוצר מסרום אדם נוצר בכמויות קטנות וגם החלבון שהופק יצר אגרגטים ושקע כצברים חסרי פעילות בגלל אופיו ההידרופובי

ב. הpon1 שנוצר לא היה פעיל והחלבון שהתקבל היה בלתי מסיס ושקע. הפתרון- יצרו גרסאות מהונדסות של הpon1.

כרטיס ביבליוגרפי:

כרטיס ביבליוגרפי:

שם המאמר: ביטוי ואפיון של האנזים PON1 ככלי ביוטכנולוגי לפירוק גז עצבים

מחברים: Harel,M.,Aharoni, A.,Gaidukov, L., Brumshtein, B., Khersonsky,O.,Meged,R.,

Dvir, H., Ravelli, R.B.G., Mccarty, A., Toker, L., Silman,L., Sussman, J. 2004.

Structure and evolution of the serum paraoxonase family of detoxifying and

anti- atherosclerotic enzymes. Nat. Strut.Mol.Biol. 11, 412-419.

Rochu,D.,Chabriere,E.,Masson,P.,2007.Human paraoxonase: A promising

approach for pre-treatment and therapy of organophosphorus poisoning.

Toxicology. 233, 47-59.

תקציר: המאמר הראשון מציג בעיה שהדרכים להתמודדות עם הרעלה שנוצרה על ידי תרכובות ארגנו זרחתיות (גז עצבים) לא יעילות ומוגבלות (מזרק אטרופין). גילו, שמתן כמויות קטנות של אנזימים ממשפחת pon מאפשר הגנה מהירה ויעילה כנגד הרעלות. נמצא, שהאנזים pon1 , הוא המועמד המתאים ביותר להיות "מטאטא ביולוגי". תכונותיו של האנזים pon1 האנושי רבות (פירוק רעלי עצבים, פירוק לקטון ומניעת טרשת עורקים). לאחר ניסויים באנזים, התגלה חוסר יציבות ונטייה ליצור חלקיקים לא מסיסים וחסרי פעילות . מטרתנו היא להחדיר pon1 רקומביננטי לחיידקי E.coli ליצירת מוטציות יציבות של האנזים שישמשו כ"מטאטאים בילוגיים" יעילים של גזי עצבים.

מאמר שני:

שם המאמר: מהם אנזימים? (מכון דוידסון לחינוך מדעי)

תאריך פרסום: 30/7/09

כותב: ארז גרטי

תקציר: בגופנו מתרחשות תגובות כימיות רבות שהסיכוי שיתרחשו באופן ספונטני קלוש ביותר. כדי לאפשר להן לקרות בכל זאת אנו זקוקים לזרז, כלומר, מבנה כלשהו או סיבה שיעלו את ההסתברות שלהם. לשם כך קיימים אנזימים.

אחת השגיאות הנפוצות היא התפיסה שלפיה לאנזים יש רק פעילות אחת שהוא יודע לעשות באמצעות האתר הפעיל שלו. האנזימים שותפים להמון פעולות משניות מעבר להתמחותם. לרוב פעילויות אלו אינן באות לידי ביטוי, אך אם קורים שינויים בסביבה או באנזים (מוטציות) הן יכולות להשפיע על תפקודו. זה למעשה חומר הגלם של האבולוציה בבואה ליצור תכונות חדשות על ידי שיפור פעילות משנית של אנזימים. במחקר ובתעשיה עושים שימוש רב במודל הזה, על ידי שמשביחים פעילויות של אנזימים.

מבוא:

גז עצבים הוא חומר לחימה כימי המבוסס על תרכובות זרחן אורגניות בעל כושר התנדפות גבוה. תרכובות אלו משבשות את העברת המסרים בעצבי הגוף על ידי חסימת תפקוד האנזים אצטילכולין אסטראז, אשר באופן רגיל מווסת את פעילות הנוירוטרנסמיטור אצטילכולין. הפגיעה בגז עצבים הוא רב מערכתי. הוא בעצם פוגע בכל תפקודי מערכות השרירים בגוף, אשר כוללים בין השאר את שרירי הסרעפת. כתוצאה מפגיעה בגז זה אנשים עלולים למות מחנק.

ב21 באוגוסט 2013 התרחשה תקיפה עם נשק כימי במלחמת האזרחים בסוריה שלפי ההערכות נהרגו בה מאות בני אדם. בתגובה הציעו המעצמות לפרק את סוריה מנשקה הכימי.

דרכי ההתמודדות עם גז עצבים מתחלקות לשתיים. הראשונה היא פעולות מנע. לפני החשיפה לגז על ידי מסכות גז, המסננת את האוויר קודם נשימתו, ושהייה בחדר אטום, המונע חדירת גז. טווח השפעתו קטן ומושפע ממזג האוויר ופני השטח. השנייה היא לאחר החשיפה והיא על ידי מזרק אטרופין. אטרופין אינו סם נגד (אנטידוט) להרעלת זרחן אורגני אשר פועל.. . עם זאת, הואיל ואטרופין חוסם את קולטני אצטילכולין המוסקרניים, אטרופין משמש גם לטיפול במקרים של הרעלת זרחן אורגני והרעלת גז עצבים.

כרטיס ניסוי מכין:

מטרת הניסוי המכין: העברת הפלסמיד לתוך החיידק.

שלבי עבודה:

1- טרנספורמציה- חימום וקירור החיידקים על מנת להחליש את דופנם כדי להחדיר לתוכם את הפלסמיד הרצוי. הפלסמיד הוא בעל תוכנת עמידות לאנטיביוטיקה.

2- בדיקה האם הפלסמיד הוחדר-זריעת החיידקים על 3 צלחות באופן הבא:

א.צלחת ללא אמפיצלין- חיידקים שעברו טיפול בחום אך לא הוחדר אליהם פלסמיד (בקרה חיובית).

ב. צלחת אמפיצלין- חיידקים שלא עברו שום טיפול (בקרה שלילית)

ג. צלחת אמפיצילין- חיידקים שעברו טראנספורמציה (צלחת הניסוי).

תוצאות:

תוצאות זריעת החיידקים שעברו טרנספורמציה

Big image

תיאור התוצאות

צלחת א-בקרה חיובית- אגר ללא אמפיצילין- כל החיידקים גדלו (מרבד).

צלחת ב- בקרה שלילית- אגר+אמפיצילין- שום דבר לא גדל.

צלחת ג- צלחת הניסוי-אגר+אמפיצילין- רק החיידקים הרקמוביננטים התרבו ובכך בודדנו את החיידקים הרקומביננטים, הקירור והחימום לא פגע בחיוניות החיידקים

(הצלחות מסודרות מימין לשמאל)

מסקנות

ניכר כי בצלחת ג התפתחו מושבות ספורות. מושבות אלו מעידות כי חיידקים אלו עברו טרנספורמציה. צלחת ב שוללת את העובדה כי העמידות נובעת מעמידות מוקנת של החיידקים וכי לא היה להם אותה לפני. צלחת א מוכיחה לנו שהחיידקים לא נפגעו במהלך הפיכתם לקומפטטים וכי המושבות בצלחת ג הן אכן החיידקים שעברו טרנספורמציה.

דו"ח מחקר

שאלת מחקר: השפעת ריכוזים שונים של pon1 מהווריאנט w.t. בחיידקי BL21 על פעילות האנזים.

משתנה בלתי תלוי- ריכוז הpon1 .

תלוי- קצב פעילות האנזים.

גורמים קבועים- זמן ,טמפרטורה, רמת PH ועוד...

בקרה- בקרה פנימית.


שיטות וחומרים :

השראת ביטוי הגן- הגן שאנו רוצים נמצא תחת בקרה של אופרון הלקטוז. על מנת לבטא את הגן מוסיפים IPTG שהוא אנלוג ללקטוז אשר נקשר לדכאן ומנטרל אותו. כך מתחיל התיעתוק של הגן.


הפקת החלבון:

1. פיצוץ חיידקים- יש צורך לשחרר את החלבון מתאי החיידקים. לכן מפוצצים את החיידקים בעזרת Bugbuster. התמיסה הזאת מפרקת את דופן התא.

2. סרכוז- לאחר הפיצוץ נשארות הרבה חתיכות תאים וחלבונים. על מנת להפריד מהן את החלבון עצמו, משתמשים בצנטרפוגה. בשיטה זו החלקים המסיסים עולים למעלה והבלתי מסיסים יורדים למטה. החלבון וחומרים נוספים עולים למעלה ושברי התאים והדפנות יורדים למטה.

3. ניקוי החלבון- א. הטענת הקולונה- על מנת להפריד את החלבון משאר החומרים שהופרדו איתו בסרכוז מעבירים את התמיסה דרך הקולונה. כך יוצא מצב שכל החומרים עוברים דרך הקולונה ורק החלבונים נשארים קשורים לכדורי ניקל שבקולונה. ב. שטיפת הקולונה- על מנת לנקות את הקולונה משאר החומרים שהעברנו בקולונה ולא נקשרו אליה אנו שוטפים אותה בעזרת בופר שטיפה. ג. שחרור pon1- משחררים את הpon1 שנקשר לקולונה בעזרת בופר מיצוי.

4. בדיקת חלבון- בודקים את כמות הpon1 שנוצר לנו בעזרת שיטת ברדפורד. בודקים בליעת אור ובעזרת עקום כיול שהוכן מראש ניתן למצוא את ריכוז החלבון. המטרה שלנו היא למצוא באיזו מבחנה התקבל לנו הכי הרבה חלבון.


5. בדיקת פעילות- הכנת מיהולים שונים, בדיקת הריכוזים שלהם והגבתם בצלחת 96

תוצאות

Big image
בגרף רואים שככל שעובר יותר זמן הבליעה יותר גבוהה (חוץ מהגרף התחתון ששם הגרף יורד). כמו כן, ככל שריכוז האנזים גבוה יותר הקצב גבוהה יותר.
Big image

קצב

בגרף רואים שככל שריכוז הpon1 עולה כך קצב פעילות האנזים עולה.

מסקנות

חיידק משמש למעשה כייצרן של החלבון pon 1. מבחינה ביוטכנולוגית הייצרן עם כושר הייצור והריבוי הגבוה יותר הוא המועדף לייצור החלבון.

עבודה זו בחנה באיזה חיידק מומלץ לעשות את ייצור האנזים שמפרק גז עצבים. נבחנו שני זנים של חיידקים E.coli וBL21.

מתוצאות הניסוי אפשר לראות כי אכן ניתן לייצר אנזים זה בחיידק BL21 (תרשים 1-2) ואולם בהשוואה לחיידק E.coli פעילות האנזים הייתה נמוכה ביותר (תרשים 3). יש מקום להניח כי בחיידקי BL21 קיפול החלבון היה פחות טוב והמבנה המרחבי שהתקבל לא היה אופטימאלי. יש עוד מקום לבדוק האם ישנם חיידקים בעלי קצב ריבוי גבוה יותר מחיידקי E.coli כך שכמות החלבון שתיווצר בסופו של דבר תהיה גבוהה יותר.

תרשים 3

Big image
ניתן לסייג ממצאים מניסוי זה מכיוון שלא בוצעו חזרות ולכן מומלץ לבצע חזרות על מנת לבדוק את אמינות הממצאים.