הרובוטים שמגדלים מיני-איברים אנושיים במעבדות

הרובוטים שמגדלים מיני-איברים אנושיים במעבדות

במעבדות באוניברסיטת וושינגטון, תוכלו למצוא רובוטים המגדלים מיני-איברים מתאי גזע אנושיים. מדובר במערכת אוטומטית חדשה המסוגלת להפיק במהירות וביעילות מיני-איברים – שיאיצו את מדע הביו-רפואה[1].

באופן רגיל, כשחוקר רוצה לבחון תרופות או טיפולים על תאים מרקמה מסוימת – למשל, כליה – הוא צריך לגדל קודם את התאים במעבדה בצלחת הפטרי. אלא שהתאים גדלים על תחתית הצלחת ויוצרים רקמה דו-ממדית דקה, שאינה משקפת את המתרחש ברקמה התלת-ממדית המורכבת המתקיימת בגוף. בשנים האחרונות הצליחו חוקרים לגרום לתאי גזע להתפתח למבנים תלת-ממדיים הדומים יותר לאלו הקיימים בגוף, ומכונים מיני-איברים. חוקרים מסוגלים לבחון טיפולים שונים על המיני-איברים, ולהיות בטוחים יותר שהם אכן משקפים את המתרחש בגוף החי. ומי יודע? בהחלט ייתכן שבשנים הקרובות נוכל להתחיל גם להשתיל מיני-איברים בגוף החי, על מנת לפצות על נזקים שאירעו בשרירים, בכליות ואפילו במוח.

אבל יש בעיה אחת גדולה: לוקח הרבה מאד זמן ועבודה אנושית להפיק מיני-איברים. צריך לזרוע את התאים בצלחות הפטרי, להחליף את המדיום (סביבת המחיה הנוזלית המקיפה אותם) מדי יום, לעקוב אחר הצלחות ולוודא שאינן מזדהמות, ולזהות את תאי הגזע שמתחילים להתמיין למיני-איברים. זוהי עבודה יקרה ומייגעת – וככזו, היא גם פוגעת במחקר. חוקרים שרוצים, למשל, לנסות לחשוף את המיני-איברים למאות חומרים כימיים שונים, צריכים קודם להפיק אלפי מיני-איברים שכאלו בכוחות עצמם בזמן קצר – משימה שכמעט בלתי-אפשרית לביצוע מבלי שייפלו טעויות בדרך.

זו הייתה הסיבה למחקר החדש שהגיע מאוניברסיטת וושינגטון, ובו הדגימו חוקרים לראשונה מערכת אוטומטית לגמרי לגידול מיני-איברים. הרובוטים עשו, ובכן, הכל. הם זרעו את תאי הגזע בצלחות עם מאות באריות, וטיפחו את התאים בכל בארית ובארית לאורך 21 ימים, עד שאלו הפכו למיני-איברים המדמים את פעילות הכליות. כל צלחת שכזו הכילה אלפי מיני-איברים, והייתה מחייבת עבודה מאומצת של חוקר לאורך יום שלם. הרובוט, לעומת זאת, ביצע את העבודה בעשרים דקות – וביצע אותה מבלי מאמץ מיוחד, מבלי שיתעייף ומבלי שיעשה טעויות.

בזאת לא הסתיימה עבודתם של הרובוטים. חוקרים אחרים מאוניברסיטת מישיגן שיתפו פעולה עם החוקרים מאוניברסיטת וושינגטון, והראו כיצד מערכת רובוטית נוספת מסוגלת לעבור על רצפי הרנ"א שבתאים על מנת לזהות את סוגי התאים השונים שבמיני-איברים.

אוטומציה שכזו של המחקר אמורה לאפשר לחוקרים, כאמור, לבחון רעיונות רבים בקלות על מספר עצום של מיני-איברים. לא מפתיע, לפיכך, שעוד במהלך העבודה עם המערכת האוטומטית, הצליחו החוקרים לגלות דרך חדשה להגדיל את מספר כלי הדם במיני-איברים, על מנת שיהיו דומים יותר לכליות אמיתיות. הם גם ניסו לחשוף את המיני-איברים לחומרים שונים וגילו כי אחד מהם – בלביסטטין – גרם לנזקים לכליות במנגנון פעולה שיתחיל להיחקר עתה, ועשוי לספק לנו רמזים חשובים לגבי מחלות כליה שונות.

זו בדיוק הסיבה שהפיתוח הרובוטי מרגש כל-כך: הוא מאפשר לנו להאיץ את קצב ההתקדמות המדעית ולבצע ניסויים גדולים יותר, מהימנים יותר ומעניינים יותר. חוקרים שישתמשו ברובוטים מסוג זה יוכלו להפיק תוצאות שהיו דורשות בעבר שנים ארוכות של ניסויים, או פעולה משותפת של מעבדות מסביב לעולם. המערכות הרובוטיות הללו מראות לנו שקצב ההתקדמות המדעית אינו נותר על כנו, אלא ממשיך לגדול כל העת. למעשה, הוא נבנה על עצמו, מאחר וכל הבנה ופיתוח מדעיים וטכנולוגיים, יקצרו את משך הזמן הנדרש להפקת התובנות והפיתוחים הבאים.

הדבר המרגש השני הוא שאנו רואים כאן כיצד פרוצדורות מדעיות בעלות השלכות ביו-רפואיות שהיו עולות בעבר הון-תועפות, עוברות אוטומציה כך שניתן לבצע אותן בעלויות מגוחכות. טיפולים מורכבים בהנדסת רקמות דורשים כיום עבודה מאומצת מצד חוקרים ורופאים אנושיים, וכל העבודה הזו עולה לחולים הרבה מאד כסף תמורת הטיפול. במוקדם או במאוחר נצליח להעביר את הפרוצדורות האלו אוטומציה – ואז נראה גם ירידה משמעותית בעלויות הטיפול. כמובן, חברות התרופות לא יורידו את עלויות הטיפולים באופן מיידי (בסופו של דבר, הן צריכות לכסות את עלויות המחקר שהביא לפיתוח הטיפולים הללו, ולהרוויח קצת כסף על הדרך), אבל לאורך זמן, המחירים ירדו והטיפולים יתייעלו.

כך ששוב, העתיד – גם בתחום הרפואה – נראה מבטיח.

 


 

אתם מוזמנים לקרוא עוד על עתיד הרפואה בספריי המדריך לעתיד ו- "השולטים בעתיד", בחנויות הספרים המובחרות (וגם אלו שסתם בסדר).

קישורים:

[1] https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180517123300.htm

מזון מן האוויר

מזון מן האוויר

הנה המצאה שיכולה לשנות את העולם לגמרי: ייצור אוכל… מאוויר.

נסביר.

הסתכלו על העצים שמסביבכם. מאיפה הם קיבלו את עיקר המסה שלהם? לא מהאדמה, לא מהמים – אלא מהאוויר. הם מסוגלים לספוח פחמן דו-חמצני מהאוויר, ולצרף את אטומי הפחמן זה לזה ליצירת סוכרים – שאז הופכים לחומרים מבניים עבור הצמח. אותו הדבר קורה בכל צמח שעושה פוטוסינתזה – כלומר, מקבל אנרגיה מהשמש ומשתמש בה כדי לקבע פחמן דו-חמצני מהאוויר.

אנחנו, בני-האדם, למדנו להשתמש בתהליך הזה לטובתנו. אנחנו מגדלים שדות שלמים של יבולים, בהשקעה עצומה של אנרגיה ומשאבים (מים, שטחים, דשן ועוד), רק בשביל התגובה הביולוגית הזו, שתאפשר לצמחים לגדול ותספק לנו מזון.

אבל כמות השטחים החקלאיים בעולם מוגבלת, וכבר אמרנו שהחקלאות דורשת הרבה אנרגיה ומשאבים. אז מה אם אפשר היה לייצר מזון באמצעות ספיחת פחמן מהאוויר בכל מקום, בכל זמן? בלי אדמה, בלי שדות, בלי צמחים?

זה מה שעשו לאחרונה חוקרים מפינלנד[1]. הם הראו שהם מסוגלים להשתמש בביו-ריאקטור (בלשון פשוטה – צנצנת שאנחנו שולטים על התנאים בתוכה) שמכיל חיידקים. הביו-ריאקטור מזרים לחיידקים פחמן דו-חמצני מהסביבה, והם הופכים אותו לסוכרים, לחלבונים ולחומרי מזון אחרים. מדי פעם מועבר בביו-ריאקטור זרם חשמלי שהורג חלק מהחיידקים ומגבש את רכיבי המזון האלו לאבקה מוצקה שאפשר לסנן מהמים – ולהשתמש בה כמזון. ואפילו די מוצלח: היא מכילה 50% חלבון, 25% סוכרים, וכל היתר – שומן וחומצות גרעין.

כמובן, אין דבר כזה ארוחת חינם. מאיפה מגיעה האנרגיה להזרמת האוויר לתוך הביו-ריאקטור, או לייצור הזרם החשמלי? מסתבר שלא צריך הרבה אנרגיה לשם כך, ובאמצעות פאנלים סולאריים אפשר לספק אותה למכשיר.

food-from-electricity-3.jpg

עכשיו, בואו נודה באמת: כרגע העסק הזה ברמת האב-טיפוס. ולא זאת בלבד, אלא שמההודעה על המחקר אפשר ללמוד שגם החיידקים צריכים לאכול – ולכן יש צורך להזרים חומרי מזון מסוימים לתוך הביו-ריאקטור. אז לא ברור עדיין מה מידת ההצלחה כאן, אבל החוקרים טוענים שהתהליך יעיל יותר פי עשרה מבחינה אנרגטית מכל שיטת ייצור מזון נוכחית, ושהם יוכלו לשחזר את ההצלחה בסדר-גודל רחב תוך עשור[2], עם מיכלי-ענק שיוצרים מזון – מאוויר. ולא זאת בלבד, אלא שהם יוכלו לעשות זאת בכל מקום: במדבריות צחיחים, בהרים ללא אדמה, או בלב העיר. כל עיר. ואפשר יהיה כמובן לקבל גם מזון בטעמים שונים ועם חומרים תזונתיים שונים, בהתאם לסוג החיידקים המגודלים במיכלים.

תגידו שאתם לא רוצים לאכול את האבקה הזו? נו, זכותכם. אבל קחו בחשבון שהחקלאות המודרנית אינה מיטיבה במיוחד עם כדור-הארץ, וזאת בלשון המעטה. אם אתם רוצים להציל את הסביבה – אולי כדאי שתשקלו לעבור לתזונה על בסיס אבקת חיידקים. אבל גם אם תחליטו לוותר, קרוב לוודאי שתעשיית הבשר תעבור להאכיל את הפרות, הכבשים, התרנגולות וכל היתר באבקה הזו – וזה דבר נהדר, מכיוון שבמזון שמקבלים בעלי-חיים בארצות הברית לבדה מדי שנה, ניתן היה להאכיל 800 מיליון בני-אדם[3].

אם הטכנולוגיה הזו תוכיח את עצמה, הרי שיש לה את הפוטנציאל לשנות את העולם: להוריד באופן משמעותי את הצורך בשדות חקלאיים ובקרקע בכלל, ולהפחית דרמטית את כמויות האנרגיה שאנו משקיעים בגידול מזון מדי שנה.

וכל מה שצריך זה שתסכימו לאכול חיידקים. אבל בשביל שכל הדברים הטובים האלו יקרו – יודעים מה? אני מוכן.

[1] https://www.lut.fi/web/en/news/-/asset_publisher/lGh4SAywhcPu/content/protein-produced-from-electricity-to-alleviate-world-hunger

[2] https://qz.com/1041621/scientists-in-finland-made-high-tech-food-using-electricity-to-solve-world-hunger/

[3] http://news.cornell.edu/stories/1997/08/us-could-feed-800-million-people-grain-livestock-eat

האקרים הצליחו לפרוץ למחשב באמצעות הדבקתו בקוד גנטי ביולוגי

האקרים הצליחו לפרוץ למחשב באמצעות הדבקתו בקוד גנטי ביולוגי

בספר המדע הבדיוני "עיר בקיע" של אליסטייר ריינולדס, מתוארת מגיפה עתידנית התוקפת ננו-מכונות – רובוטים זעירים הקיימים בגופיהם של בני-האדם – וגורמת להם לצאת משליטה. "היא לא הייתה נגיף ביולוגי וגם לא נגיף תוכנה, אלא בת-כלאיים מוזרה, משתנה וכימרית של השניים." כותב ריינולדס.

הרעיון שגורמים ביולוגיים יכולים 'להדביק' מכונות נחשב למדע בדיוני כבר זמן רב, אך עתה הוא מתחיל להפוך למציאות, כפי שהראו חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון שהצליחו לפרוץ למחשב באמצעות קוד גנטי שתכננו וייצרו במיוחד לצורך זה[1].

אין מה לדאוג – המחשב שלכם בבית לא עומד להיפרץ בשנים הקרובות על-ידי מולקולות ביולוגיות, מכיוון שאין לו דרכים מוסדרות להתממשק עמן. אלא שהמחשב אליו פרצו החוקרים לא היה מחשב רגיל. הוא היה מחובר למכונת ריצוף דנ"א: מכונה שתפקידה הוא לקרוא רצפי דנ"א ארוכים ולהציג את תכנם בפני המשתמש. במילים אחרות, המכונה מתרגמת את רצפי הדנ"א למידע הנשמר במחשב.

החוקרים יצרו רצף דנ"א שכאשר נקרא על-ידי מכונת ריצוף ומותמר למידע, מכיל רצף של הנחיות זדוניות שפותחות את המחשב לשליטה מבחוץ[2]. הם הדגימו את יכולתם לפרוץ בדרך זו למחשב המחובר למכונת ריצוף, ולעשות…

ובכן, כלום.

פה בעצם קבור הכלב. כל הפיתוח המסובך הזה אינו באמת פרקטי. החוקרים הצליחו לפרוץ רק למחשב שהריץ תכנה מאד מסוימת עם באג מאד מסוים. באופן עקרוני אפשר לחשוב על האקרים שינסו בדרך זו לפרוץ לחברות המרצפות גנים על מנת לגנוב מידע גנטי אודות אנשים פרטיים, אבל נודה לרגע באמת: עם כל המאמץ הנדרש כדי לפרוץ בדרך זו למחשבים, עדיף כבר להתמקד בפריצות שגרתיות יותר דרך האינטרנט.

החשיבות האמיתית של הפיתוח היא בהיותו הדגמה לדרך בה ביולוגיה ומחשבים על בסיס סיליקון מתחילים להתחבר ביחד, ולעובדה ששילוב זה פותח גם איומים מסוג חדש. בעשורים הקרובים נתחיל לראות מכונות שיושתלו בגופנו ויקבלו הנחיות מהרקמות, מהתאים ואפילו מהקוד הגנטי שלנו – והן יוכלו להיפרץ לא רק באמצעות גלי רדיו המכילים שדרים זדוניים, אלא גם באמצעות וירוסים וחיידקים ביולוגיים.

או בקיצור – כולנו עומדים להזדקק לאנטי-וירוס, גם בתוך הגוף.


 

אתם מוזמנים לקרוא עוד על הדרך בה מכונות ומחשבים ישתלבו בגופינו (או שגופינו ישתלבו במכונות ובמחשבים) ב- "המדריך לעתיד" ו- "השולטים לעתיד" – שניהם בחנויות הספרים המובחרות יותר או פחות.

[1] https://www.wired.com/story/malware-dna-hack/

[2] http://spectrum.ieee.org/the-human-os/computing/software/researchers-embed-malicious-code-into-dna-to-hack-dna-sequencing-software