חוקרים ישראלים יצרו לראשונה עמילואידים מעמילן

170 שנה לאחר שחוקרים קראו בטעות לצברי משקעים שנמצאו בדגימות מוח בשם עמילואידים, למרות שהם עשויים מחלבון, פרופ' אהוד גזית מבית ספר שמוניס באוניברסיטת תל אביב ועמיתיו מראים במחקר חדש כי ניתן ליצור עמילואידים גם מעמילן - המולקולות הביולוגיות הנפוצות שנתנו להם את שמם.

הגילוי, שמוצג במאמר שהתפרסם בכתב העת המדעי החשוב Science Advances, פותח את האפשרות לייצור של מגוון שימושים ביו-רפואיים וביו-טכנולוגיים במבנים עמילואידיים עשויי עמילן, מולקולה ביולוגית נפוצה וזולה במיוחד להפקה – זולה בהרבה מחלבונים שמשמשים לרוב ליצירה של עמילואידים בפיתוחים שכאלה כיום.

בשנת 1854, החוקר והפתולוג הגרמני רודולף וירכו בחן דגימות מוח בעזרת דיו ומצא כתמים מסקרנים בדגימה שנצבעו על ידי הדיו. בטעות, הוא חשב שהצברים אותם זיהה עשויים מעמילן, ולכן הוא כינה אותם עמילואידים. כמה שנים מאוחר יותר חוקרים אחרים זיהו את טעותו והבינו שהעמילואידים במוח עשויים בעצם ממולקולות חלבון. בתחילת המאה ה-20, פתולוג גרמני אחר, אלויס אלצהיימר, זיהה את העמילואידים כאחד המאפיינים העיקריים שמעורבים במחלה הנוירודגנרטיבית אותה חקר ושנושאת את שמו עד היום.

הדיון המדעי על המאפיינים המדויקים של העמילואידים נמשך עד שנות ה-50 של המאה ה-20. בעשורים האחרונים, תחום המחקר של העמילואידים התפתח באופן ניכר. כיום מבינים טוב יותר מה הם המנגנונים המעורבים ביצירה של צברי המולקולות הללו וחוקרים פיתחו שימושים מעשיים לעמילואידים בתעשיית הביוטכנולוגיה וגם יצרו טיפולים ייעודיים לסילוק של העמילואידים מהמוח – שניים מהם אושרו ממש לאחרונה כטיפול לחולי אלצהיימר.

ועתה, בסגירה של מעגל מדעי בן 170 שנה, חוקרים מבית הספר שמוניס לביורפואה וחקר הסרטן והמחלקה למדע והנדסה של חומרים מראים כי אכן אפשר לייצר עמילואידים אפילו מעמילן. מלבד עשייה של צדק היסטורי מסוים, פרופ' גזית, החוקר הבכיר במחקר, מסביר כי הגילוי מדגים עד כמה עמילואידים הם מבנים נפוצים בטבע. "נראה שזה אחד המבנים הבסיסיים והיעילים ביותר אנרגטית לסידור מרחבי של מולקולות ביולוגיות".

פרופ' אהוד גזית. "עמילואידים הראו פוטנציאל משמעותי בתחומים ביו-רפואיים רבים". צילום: שחר שחר, דוברות אונ' ת"א

מחקרים קודמים של גזית ועמיתיו הראו כבר כי מבנים עמילואידיים לא חייבים להיות עשויים ממולקולות חלבון ארוכות. הם רקחו עמילואידים מחלבונים קצרצרים (פפטידים) כולל כאלה הבנויים משתי חומצות אמינו – אבני הבניין של החלבון – ואפילו מחומצות אמינו יחידות או מטבוליטים שונים, המולקולות הקטנות שמיוצרות בתאים כחלק מתהליך חילוף החומרים של התא. "מחקרים הראו כי כמה מחלות תורשתיות נוצרות בשל ההצטברות של מבנים עמילואידיים בגוף שעשויים ממטבוליטים שכאלה", מסביר גזית את חשיבות הגילוי.

לאחר שהם מצאו כי אפשר ליצור עמילואידים גם ממולקולות סוכר ארוכות, הם פנו למחקר הנוכחי – לראות אם ניתן לעשות זאת גם בעזרת מולקולת העמילן הפשוטות בהרבה. "במחקר בהובלת ד"ר סוניקה צ'יב, פוסט-דוקטורנטית במעבדה, ובשיתוף עם פרופ' רעיה סורקין ופרופ' רועי בק מהפקולטה למדעים מדויקים אוניברסיטת תל אביב, מצאנו איך לתמרן את מולקולות העמילן כך שיצטברו למבנים אותם רצינו ואז בחנו את הצברים שנוצרו לפי הקריטריונים המדעיים המקובלים להגדרה של עמילואיד. ואכן, ראינו שלצברים שיצרנו יש את התכונות הפיזיקליות והכימיות השונות שנדרשות לפי הקריטריונים – שהם מתנהגים כמו עמילואידים בתנאים שונים".

גזית מוסיף כי יש צורך במחקר נוסף כדי להבין אם עמילואידים עשויי עמילן אלה נוצרים גם באופן ספונטני בטבע. אולם גם אם לא, הגילוי פותח פתח להשתמש במבנים העמילואידיים הללו לפיתוחים ביוטכנולוגיים. עמילואידים הראו פוטנציאל משמעותי בתחומים ביו-רפואיים רבים, החל משיטות להובלת תרופות בגוף, הנדסת רקמות ופיתוח שתלים רפואיים מתקדמים הודות להתאמה שלהם לתנאים ביולוגיים וליציבות המבנים שלהם. במדעי החומר, עמילואידים מהווים חלופה סביבתית לשימוש בחומרים פלסטיים ובהידרוג'לים שונים.

בנוסף, עמילואידים משמשים בפיתוחים של טיהור מים וחומרי אריזה עם טביעת רגל סביבתית מופחתת. בתעשיית המזון, השימוש בעמילואידים בייצור של תחליפי בשר מן הצומח, למשל ביצירת מרקם דומה לבשר, ובשיפור השיטות לשימור מזון. הגילוי החדש של גזית ועמיתיו פותח פתח להתקדם בכל האפיקים המבטיחים הללו בשימוש בעמילן, חומר זול וזמין בהרבה מהחומרים ששימשו למטרה זו עד היום.