ננו-מכונות של הטבע

המדע במאה ה-20 התמקד המבנה היקום, החל מהחלקיקים הבסיסיים והקטנים ביותר ועד למורכבות העצומה של גלקסיות. על ידי הבנת המבנה הבסיסי של דברים, אנו יכולים לגלות כיצד הם פועלים. חוקרים בתחום הביולוגיה, דוגמת ווטסון וקריק, הפנו את תשומת ליבם למבנה של מולקולות ביולוגיות חיוניות כמו ה-DNA, אשר מבנה הסליל הכפול שלו מצביע על מנגנון שכפול הגנים.

ביולוגיה מבנית מפיקה מודלים תלת ממדיים למולקולות מורכבות אך יפות, אשר משמשות כננו-מכונות של החיים. מודלים אלו סיפקו תובנות מהירות ומעמיקות לגבי אופן הפעולה של תהליכי חיים בסיסיים ברמה המולקולרית. מומחים משתמשים בשיטות מתוחכמות, כמו קריסטלוגרפיית קרני X, על מנת לקבוע מהו הארגון התלת ממדי של אלפי אטומים המרכיבים מולקולות של חלבונים וחומצות גרעין.

המכון לביולוגיה מבנית באוניברסיטת תל אביב מחבר שני מרכיבים תחת גג תפיסתי אחד. ראשית כל הוא מספק את התשתית הפיזית הנחוצה לשם המחקר, ושנית הוא מקבץ יחד משאבים אנושיים, אשר מבצעים את המחקר הלכה למעשה. התשתית הפיזית כוללת מעבדת דיפרקציה של קרני X יחד עם מעבדת מחשוב. מעבדת הדיפרקציה מכילה את המכשור בו משתמשים מדענים העוסקים בביולוגיה מבנית על מנת להשיג את הנתונים הניסיוניים. מכשור זה מקושר למיקרוסקופ מיוחד, דרכו מסתכלים המדענים על האטומים באמצעות קרני X. לאחר איסוף המידע במעבדת הדיפרקציה, מחשבים משמשים למיקוד קרני ה-X שעברו דיפרקציה ליצרית תמונה תלת ממדית של המולקולה הנחקרת.

התוצאות המרגשות של מחקר זה מקדמות את ההבנה שלנו בביולוגיה בסיסית. אך חשוב לא פחות, למחקר יש השפעה ישירה לבעיות מהחיים האמתיים. הנושא של אנרגיה נקיה עלה כאחד האתגרים הגדולים ביותר של הקהילה העולמית. פענוח הדרך שבה המנגנון הפוטוסינתטי של עולם הצמחים הופך אנרגיית שמש לאנרגיה כימית, תובנה ייחודית שהושגה במכון לביולוגיה מבנית באוניברסיטת תל אביב, מניע חדשנות בפיתוח של טכנולוגיות אנרגיה חדשות. בתחום של רפואה אנושית, התמונות של חלבונים השולטים בקצב הלב או בפעולת תאי העצב מספקות הזדמנויות לפיתוח תרופות המתערבות במקרים של מחלות, בהן הפעילות של אותם חלבונים משתבשת. סוג המידע המופק גם מתווה אסטרטגיות למלחמה במחלות כמו סרטן, אפילפסיה, כאב ומחלות לב.

מידע נוסף על המחקר שלנו ניתן לקרוא במאמר המדעי.