עידן הצמח: חומרי העתיד או "חקלאות המחר"

השבוע זכינו לארח את פרופ' עודד שוסיוב לביקור בחוות היישום להיכרות עם פעילות היחידה לחקלאות ועם חוקרי מכון שמיר. פרופ' שוסיוב הינו חוקר בתחום ביולוגיה מולקולרית של צמחים,הנדסת חלבונים וננו-ביוטכנולוגיה. קבוצת המחקר שלו מתמקדת בחומרים ננו-מרוכבים בהשראת ביולוגיה.

מתוך התפיסה הרחבה של היחידה לחקלאות לקידום מחקר חקלאי יישומי בגולן, רצינו לשמוע ולהכיר מקרוב את שוסיוב שמעורב ברישום של מעל 100 פטנטים ויותר מ-350 פרסומים מדעיים. בדיון המקצועי שנערך עם צוות היחידה נידונו נושאי הליבה שמעסיקים אותנו בגולן לצד חשיפה ומגמות עולמיות בתחומים הנ"ל וקידום שיתופי פעולה בתחומי היישום והמחקר בחוות ובמכון שמיר. חתמנו את הביקור בהרצאה מרתקת לציבור חקלאי הגולן, שהתקיימה במסגרת יום עיון למגדלי זית.

---

עידן הצמח – חומרי העתיד או "חקלאות המחר" מאת פרופסור עודד שוסיוב

"עידן האבן לא הסתיים מתי שהסתיימו האבנים, עידן הנפט יסתיים עוד בטרם יתרוקנו מאגרי הנפט"
פרופסור שוסיוב מאמין באמרתו של שיח אחמד זאכי מאחר ולטבע יש חומרים מוצלחים יותר מאלו שיש לבני האדם לייצר באופן סינטתי. לדוגמא- החומרים הסינתטיים המושתלים אצלנו בגוף ועשויים מתרכובות שלא מתאימים לרקמות הגוף שלנו. דוגמא פשוטה יותר- מזלג חד פעמי שנשבר תחת לחץ קטן ולא מצליח למלא את תפקידו הפשוט. בטבע, חומרי הגלם, טובים יותר ואופן התארגנותם לגופים גדולים (self-assembly) נעשה בצורה חזקה ומותאמת לסביבתם, זאת הודות למילוני שנים של התפתחות אבולציונית.

במעבדה של פרופ' שוסיוב ב-20 השנים האחרונות מתבצע מחקר יישומי המתמקד באחד מחומרי הטבע הללו, שלו יכולות טובות יותר מאלו של החיקוי הסינתטי: המולקולה הכי נפוצה בגופנו, מולקולת הקולגן. הקולגן הוא החלבון נפוץ ביותר בגוף האדם והוא משמש את האנושות בצורתו הסינתטית במגוון שימושים: מיניסקוס, הסרת קמטים, מסתמי לב ועוד- כולם עשויים מקולגן שעד לא מזמן הגיע במקור מרקמות בע"ח.

בשנת 2007 הודיעו ה-FDA (הגוף האמון על הפיקוח והרגולציה של מוצרי מזון ותרופות בארה"ב) שיש צורך לחפש תחליפי קולגן בשל חשש לבטיחות המוצר כשהוא מגיע מן החי. חמשת הגנים האחראיים לייצור קולגן מביאים ליצירתה של "צמה" משלוש שרשראות קולגן. צמה זו מעוגנת בקשרים וגשרים כמתואר באיור 1.

החדרת חמשת הגנים האחראיים על ייצור קולגן בגוף האדם לתוך הגנום של צמח הטבק הביאה לייצורו של קולגן אנושי בתוך צמח ומכאן נולדה חברת "קולפלנט" אשר מגדלת את אותו הטבק הטרנסגני במגוון אזורים בארץ, מרמת הגולן ועד לחצבה בהיקף של 25,000 מ"ר. הטבק הוא אותו הטבק, גדל במשך 50-60 יום ואז נקטף למפעל ביסוד המעלה אליו העלים מגיעים אחרי נסיעה בקירור. במעבדה הם מרוסקים, נסחטים, עוברים צנטריפוגה להפרדת רקמות ומשם לפארק המדע ברחובות שם לבסוף מזוקק קולגן טהור משאר רקמות הצמח. הקולגן המופק מהצמח הוא טוב יותר מהקולגן שמקורו בחי מאחר והוא אינו נושא מחלות ולא נחשב "זקן"- הקולגן הצמחי זמין לשימוש מיידי גם בגופו של תינוק.

דוגמאות לשימושי הקולגן האפשריים לאחר הפקתו מן הצומח:
במקרים של כיבים סכרתיים המובילים, בטיפול לא נכון, לקטיעת גפיים אשר סטטיסטית מתרחשת בקצב של מיליון בשנה. בטיפול רפואי עם קולגן מוסרת הרקמה הנגועה ומוזרק לכיב קולגן צמחי. התאים החיוניים בהיקף הפצע מגיבים לקולגן בהתרבות שכן הוא מעודד את סביבת הבנייה שלהם, כמו בניית מסלול.
הדפסת רקמות בתלת מימד: באמצעות צילומי הדמייה המתקבלים לאחר כריתת שד כתוצאה מסרטן השד ניתן להדפיס כבר בחדר הניתוח רקמה חלופית. ה"דיו" של המדפסת מגיע מרקמה אחרת של אותה המטופלת אשר בעדודו של קולגן צמחי משחזרת את השד.

דוגמא נוספת לחומרי טבע שניתן להפיקם בתאים צמחיים היא הנוגדנים. תפקידם הקריטי של הנוגדנים כקו הגנה ראשון במקרה של מחלה/וירוס/גורם זר נעוצה ביכולתם, בין היתר, לעורר את מנגנוני הדלקת- לגייס חלבונים תוקפי גורמי מחלה. הרבה חברות שואפות ליצור נוגדנים יציבים אשר אפשר יהיה לטפל בעזרתם בדלקות מגוונות (קרוהן, דלקת פרקים ועוד) והתהליך ארוך ויקר שכן הוא תלוי בריאקציות המתקיימות במכלי ענק הדורשים תנאי סביבה מדויקים ובקרה על תנאי סביבה אלו. עלותו של התהליך מושתתות על הצרכן אשר כיום נדרש לשלם 100 דולר ביום עבור טיפול בנוגדנים, עלויות אשר נמצאו אפשריות עבור 1 מתוך 1000 מטופלים בעולם. בדומה לקולגן, צמחי הטבק יודעים גם הם לייצר נוגדים, כך עושים בחברת BioBetter היושבת באזור התעשייה של תל חי. הפקת הנוגדנים מהצמח מפחיתה את עלויות ייצורם כך שהמחיר למטופל עומד על 70 סנט ליום.

ובמעבר מתרכובות לטיפול בגוף האדם, איך אפשר שלא להתייחס לתרכובות המשמשות מזון לאדם: חלבונים. לפי מאמר שפורסם בשנת 2019, עד 2030 כמעט מחצית מצריכת החלבון האנושית לא תגיע ממקור חי אלא תחולק בין החי, הצומח והמתורבת כאשר המתורבת יהיה 10% מהצריכה הכללית, מגמה זו רק תוסיף ותעלה עד שנת 2040 (איור 2).

מהו בשר מתורבת? בשר העשוי מתאי גזע של פרה המתמיינים לסיבי שריר ושומן. עקב אכילס של יצירת הבשר הזה הוא "פקטורי הגדילה" הנחוצים להתפתחותם של סיבים אלו. לדוגמא: אינסולין וטרנספרין. על מנת להבין את המגבלה העצומה, כיום, עבור 1 ק"ג של בשר מתורבת יש צורך בתשלום של 35 דולר רק לכסות את ייצורו של אותו האינסולין. מצב כזה אינו כלכלי לצרכן ועל כן לא יקדם את השוק. 17,000 טון שנתיים של אינסולין נדרשים לאותם 10% צריכת הבשר העולמית הצפויה בשנת 2030 כאשר בשנים האחרונות החברות הגדולות והמתקדמות ביותר מצליחות לייצר 200 טון בשנה. זאת אומרת, דרושה מקפצה ביכולת לייצר אינסולין לצורך גידול בשר מתורבת. BioBetter עוסקת גם בזה, בעקבות ההצלחה בהחדרת גנים אנושים לצמחי הטבק. בפיילוט שנעשה לראשונה בשטח פתוח ליד תל חי, 200,000 דונם משמים לגידולו של טבק המפיק אינסולין ופקטורי גדילה של החי. היתרון המשמעותי של גידול בטבק בשטח פתוח הוא הקטיף בעזרת קומביינים. חברה קנדית מתחרה מייצרת את אותם הפקטורים בצמחי קנולה כך שהם מצטברים בזרע. כאשר החומר הרצוי מרוכז בזרע יש סכנה של נדידת גנים ועל כן תהיה מגבלת גידול לבתי צמיחה, המעבר לבתי הצמיחה מייקר את עלויות הגידול ולא מאפשר את הקפיצה המשמעותית ביכולות הייצור.

דוגמא שלישית לתרכובת טבע מופלאה שיכולה לשמש את האדם טוב יותר מההמצאות של האדם עצמו נמצאת בעצי הסקויה. במיקרוסקופ אלקטרונים ברזולוציה גבוהה ניתן לראות שגזעי הסקויה עשויים מסיבים ננומטריים של פוליסכרידים שהם בעצם סוכר. הסיבים הללו נמצאו חזקים פי 10 מפלדה ובידוד מוצלח שלהם עם הרכבה מחודשת מייצרים מגינים המסוגלים לעצור כדורי 4 מ"מ במהירות 1000 מטר בשנייה.

הדוגמא האחרונה אותה הביא שוסיוב מגיעה מן החי, מקורה בפרעוש החרגולים שהוא אלוף העולם בקפיצה לגובה: פי 100-200 מגובהו. הסוד: חלבון הרזילין אשר מאופיין באנרגיה אלסטית ברמה גבוהה אשר כמעט ואינה משתחררת בצורות של חום או חיכוך. 15 שנה נחקר החלבון הזה והאפשרות לבודד אותו מתוך רקמה צמחית לשימושים נוספים כגון: סוליות נעלי ספורט, בהשתלת רקמות ועוד.

לסיכום, בטבע נמצאים פתרונות טובים, ברי קיימא המותאמים לצרכי האדם. כשאנחנו מוצאים את הגנים המקודדים לאותם החומרים, הפתרון נמצא בצמח, שהוא לרוב זול יותר, תומך סביבה ומפיק את החומרים הרצויים לנו במינימום דרישות ובתוצרי לוואי נקיים. זו הסיבה שיש להאמין שאנו בפתחו של העידן הבא: עידן הצמח.

If you want a new idea, open an old book.

כתבה:
אביטל כיטוב, רכזת הגנת הצומח, היחידה לחקלאות וחדשנות גולן
טלפון: 052-8348409
מייל: avitalk@gri.org.il