פרויקט מחקר בהנחיה אישית

פרויקט מחקר בהנחיה אישית הינו קורס בחירה המתקיים במהלך שנה ג' ומיועד לסטודנטים מצטיינים. סטודנטים הלוקחים חלק בקורס זה מבצעים עבודות מחקר חדשניות בהנחיה אישית של חוקרים בחוג. הסטודנטים מבצעים את כל שלבי המחקר, החל מכתיבת הצעת המחקר ואיסוף הנתונים ועד לכתיבת העבודה והצגת המחקר מול קהל בכנס מדעי.

קורס זה הינו הזדמנות לחקור עוד במהלך תואר ראשון ולצבור ניסיון בעבודה מעשית בשדה או במעבדה על ידי השתתפות במחקר לצד חוקרים מומחים בתחומם. סטודנטים המשתתפים בפרויקט ומסיימים אותו בהצלחה מקבלים 6 נק"ז אקדמיות.

תקצירים של מחקרי סטודנטים לתואר ראשון שבוצעו במסגרת החוג לביולוגיה - תשע"ד

פילוגנזה והשוואת מאפייני הגידול של תתי-מינים בחיידקי ליגיונלה פתוגניים

ליר דרורי, בהנחיית ד"ר יהונתן שרעבי

החיידק Legionella pneumophila (L.p) גורם לדלקת ריאות חמורה ומהווה איום משמעותי על בריאות הציבור. במחקר קודם, סווגו תבדידים מאותו המין לגנוטיפים בשיטת MLVA-8, המסתמכת על פולימורפיזם במספר הרצפים החוזרים בשמונה אתרים בגנום. בנוסף, נמצאו הבדלים בפתוגניות בין הגנוטיפים השונים של L.p. בפרויקט זה השוויתי רצפי דנ"א משלושה גנים הידועים כתורמים לוירולנטיות ב-L.p: dotA, flaA ו- mip. תוצאות האנליזה הפילוגנטית הראו כי מידת הדמיון בגנים האלו גבוהה בין הגנוטיפים השונים. לכן, יש לאתר גנים נוספים העומדים בבסיס השונות בפתוגניות בין גנוטיפים שונים.

בניסוי נוסף, השווינו את מאפייני הגידול של תבדידים מגנוטיפים שונים במצע גידול המבוסס על תמצית שמרים (YEB), למצע נוזלי עשיר נוסף המבוסס על תמצית סויה (TSB). כיום, גידול L.p בתרבית במצע נוזלי נעשה רק במצע YEB, מאחר ולחיידק דרישות תזונתיות גבוהות. בניסוי זה, תבדידים מכל גנוטיפ גודלו בשני המצעים ועכירות המצעים נמדדה בכל רבע שעה למשך 72 שעות בתנאים קבועים. התוצאות הראו כי אין הבדלים מובהקים בשלושת מאפייני הגידול העיקריים בין המצעים (זמן ההמתנה, קצב הגידול והצפיפות המקסימלית). בנוסף, נמצא כי תבדידים השייכים לאחד מהגנוטיפים שנבדקו גדלו מהר יותר ואף הגיעו לצפיפות גבוהה יותר במצע TSB. תוצאות הניסוי מראות כי למרות שונות גבוהה שהתקבלה במצע זה, ניתן להשתמש ב-TSB כחלופה יעילה ונוחה לגידול L.p בתנאי מעבדה.

פלסטיק וכולסטרול, מה הקשר?

שהד גדיר, בהנחיית ד"ר עמיר ספיר

תעשיית הפלסטיק מתבססת על שימוש בחומרים נלווים, פלסטיסייזרים, המהווים סכנה בריאותית וסביבתית. שני פלסטיסייזרים מרכזיים הינם PFOS ו- PFOA המשבשים תהליכים אנדוקריניים שקשורים לסינתזת הורמונים, להתפתחות ולגדילה. בנוסף, חומרים אי-אורגנים אלה נחשבים ל – forever chemicals בגלל שהם לא מתפרקים בסביבה. למרות רעילותם, יציבותם ושכיחותם הגבוהה של חומרים אלה בסביבה, השפעתם הפיזיולוגית עדיין לא ברורה לחלוטין. אנו משערים שהם פוגעים במסלול חשוב שמור אבולוציונית שהופך כולסטרול להורמונים סטרואידים המבקרים תהליכי גדילה והתפתחות. השתמשנו בתולעת C.elegans כמודל לבחינת השערת המחקר. חשיפה של תולעים מזן הבר, ומזן מוטנט בעל קוטיקולה מחוררת, לשני החומרים פגעה בתהליך ההתפתחות. החומר PFOS היה רעיל יותר במערכת הניסויית שלנו, עבור שני הזנים, ולכן המשכנו איתו לניסויים הבאים. כדי לבחון את האפשרות ש PFOS פוגע בחיידקים המהווים מקור מזון לתולעים, ולא ישירות בתולעים עצמן, הכנו מצע מזון שהכיל חיידקים מתים. PFOS היה רעיל במידה דומה לתולעים שהוזנו בחיידקים מתים או חיים, ומכאן הסקנו שרעילותו נובעת מהשפעה ישירה על התולעים. כדי לקבוע האם PFOS משבש מטבוליזם של כולסטרול בדקנו האם רעילותו מושפעת מריכוז הכולסטרול או נגזרותיו במצע. תולעים שגודלו במצע עם כולסטרול היו עמידות יותר ל PFOS מתולעים שגודלו ללא כולסטרול. בסריקה מטבולית זהינו נגזרת של כולסטרול שמקנה עמידות לתולעים בדומה לכולסטרול. מכאן הסקנו ש- PFOS פוגע במטבוליזם התקין של כולסטרול,
במסלול הביוסינתטי המייצר נגזרת זו. המחקר שלנו מאפיין לראשונה את רעילות PFOS ו-PFOA לתולעי C.elegans ומקשר אותה למטבוליזם של כולסטרול. להבנה טובה יותר של רעילות הפלסטיסייזרים ליצורים חיים יכולות להיות השלכות מרחיקות לכת על מערכות אקולוגיות ועל בריאות הציבור.

האדם כנמטודה? דמיון ושוני במטבוליזם של כולסטרול

אור בן חמו, בהנחיית ד"ר עמיר ספיר

למרות חשיבותו הרבה של כולסטרול לכל בעלי החיים, בחסרי חוליות הגנים המעורבים בבקרת המטבוליזם של כולסטרול לא אופיינו כמעט כלל. השתמשנו בנמטודה Caenorhabditis elegans (C. elegans) כמודל גנטי לזיהוי הגנים המעורבים בבקרת המטבוליזם של כולסטרול. בנוסף להיותן מודל גנטי, נמטודות אלו אינן מייצרות כולסטרול באופן עצמאי אלא חייבות לצרוך אותו ממקור חיצוני, דבר המאפשר לנו לשלוט ברמתו.

ערכנו השוואה בין חלבונים שמעורבים בבקרת המטבוליזם של כולסטרול באדם ובין חלבונים בעלי רצף דומה מ C. elegans כדי ליצור מאגר נתונים של חלבונים המועמדים להשתתף בתהליך זה בנמטודות. בהמשך, פגענו בתפקודם של הגנים המקודדים לחלבונים שבמאגר על ידי שימוש בטכנולוגיית RNAi ובדקנו האם הם מעורבים בבקרת המטבוליזם של כולסטרול. לשם כך, בחנו האם הפגיעה בגנים: 1. משפיעה על יכולת התולעים לגדול בנוכחות או בחוסר כולסטרול 2. פוגעת במטבוליזם של כולסטרול המתבטאת בביטוי רפורטרים ספציפיים. השתקנו באמצעות RNAi 99 גנים, המהווים 66.9% מתוך כלל הגנים המועמדים של C. elegans. אפיינו כמה קבוצות פונקציונליות של גנים שהראו תגובות שונות לפגיעה: 1. שינוי פנוטיפי כתלות בשינוי בכמות הכולסטרול. 2. שינוי פנוטיפי ללא תלות בשינוי בכמות הכולסטרול. 3. הפרעה בתהליכי ההתנשלות. 4. ביטוי של רפורטרים, המייצגים פגיעה במטבוליזם של כולסטרול.

מצאנו ש-C. elegans הינה מודל טוב לאפיון תפקודי וגנטי של מערכות מטבוליות, במקרה שלנו, המטבוליזם של כולסטרול. זיהינו גנים ודומיינים באטלס המעורבים בבקרת המטבוליזם של כולסטרול ונגזרותיו, ואת התפקיד תלוי הכולסטרול של הגן mboa-1 בבניית היפודרמיס. לבסוף, תוצאות מחקרנו בשילוב כלים ביואינפורמטיים יאפשרו בניית אטלס תפקודי שלם שיקדם את הבנת האבולוציה של המטבוליזם של כולסטרול בעולם החי, ואת תרומתו למחלות קרדיו-וסקולריות ונוירו-דגנרטיביות - גורם המוות העיקרי בעולם.

**זמינות חמצן והשפעתה על פעילות הפרוטאזום ב*ארבה נודד***

ליאור שאול, בהנחיית פרופ' אלה פיק ופרופ' ערן גפן

מערכת האוביקוויטין-פרוטאזום מהווה מנגנון מרכזי לשמירה על מאזן החלבונים בתא. מנגנון זה מראה גמישות בתנאים סביבתיים משתנים. במחקרים קודמים שהתבצעו תוך שימוש בתאים הומניים ובזבובי תסיסה כמודל, נמצא כי חשיפה לתנאי עקה המאופיינת במחסור בחמצן (היפוקסיה) מובילה להפרדת תת-הקומפלקס הקטליטי של הפרוטאזום, מה שמאפשר תפקוד אוטונומי של תת-הקומפלקס בניסיון לייעל סילוק חלבונים שנפגמו עקב העקה.

במחקר זה, בדקנו האם הגמישות במבנה הפרוטאזום בתנאים היפוקסיים מאפיינת גם אוכלוסיות עם פיזיולוגיה מותאמת לבתי גידול דלים בחמצן. להשגת מטרה זו, השווינו את רמת פעילות הפרוטאזום בשתי אוכלוסיות של ארבה נודד (Locusta migratoria): האחת שמקורה בהרי ההימאליה והשנייה מגובה פני הים. המחקר כלל חשיפה של 16 פרטים בוגרים מכל אוכלוסייה למשך 21 שעות, מחציתם ללחץ חמצן נמוך והיתר ללחץ רגיל, ולאחר מכן קצירת שרירי תעופה של כל פרט בנפרד. מכל דוגמה הפקנו את כלל חלבוני השריר, והשתמשנו בסובסטרט פלורוסנטי ספציפי כדי לכמת את רמת פעילות הפרוטאזום.

תוצאות המחקר הראו כי הפעילות הבזאלית של הפרוטאזום בשרירי התעופה של פרטים מההימאליה גבוהה יותר מאשר בפרטים מגובה פני הים. החשיפה להיפוקסיה לא השפיעה על פעילות הפרוטאזום באוכלוסיית ההימאליה, בעוד שבאוכלוסיית גובה פני הים נצפתה עלייה ושונות גבוהה בפעילות, בדומה לממצאים קודמים בתאים הומניים וזבובי תסיסה. מסקנות המחקר מצביעות על כך שאוכלוסיית גובה פני הים מציגה מבנה ותפקוד פרוטאזום כצפוי, בעוד שאוכלוסיית ההימאליה מציגה יציבות כחלק מהתאמה לחיים בתנאים היפוקסיים.

The effects of Mediterranean lianas on their hosts’ reproduction

Elad Fine, supervised by Dr. Edwin Lebrija-Trejos

Vines differ from self-supporting plants in the way they support their own shoot weight, they are characterized by morphological traits that enable them to grip a substrate, including other plants, for mechanical support. Woody vines, or lianas, are considered structural parasites as they can divert energetic investments for structural support to other processes and can often compete for resources with their hosts or damage them through excess mechanical load. Vines are abundant in the Mediterranean maquis, and are known to have important ecological roles, lianas-host interactions could be important factor in research, conservation and restoration of natural areas. This research describes and quantifies the effect of liana load on host reproduction by counting the flowers and fruits of Crataegus azarolus, as a model, with different liana loads. liana load correlates negatively to the probability of hosts flowering but positively to the probability of hosts fruiting and fruit set. The negative effect of liana load can result from resource competition or increased mechanical load, while the positive effects may result from pollinator attraction. Balance of negative and positive effects can vary based on liana and host traits, such as flowering period, and environmental conditions suggesting that under some conditions liana-host interaction can be more mutualistic than parasitic in nature. The effects of lianas on host reproduction highlights the need of further ecological studies in Mediterranean systems and of their consideration as important players in the conservation and restoration of natural areas.