מה הופך את המוח ליותר מסתם אוסף של תאים?

המחקר: מודלים מתמטיים

מה מאפשר למוח להיות יותר מאוסף תאים, איך קן נמלים מוציא לפועל תוכניות מורכבות הרבה יותר מיכולת התכנון של נמלה יחידה, ואיך חלבונים יוצרים תבניות פעילות מורכבות המשפיעות על תפקוד התא? התשובה לכך טמונה ברשתות שחוקרת ד"ר מור ניצן מביה"ס למדעי המחשב באוניברסיטה העברית. הרשתות האלה הן גם אלה שגורמות לחיידק לעבור מחיים נינוחים בגוף להתקפה או לרקמה להפוך לסרטנית, והבנתן תאפשר לבסוף לנבא איזה תא יגיב לתרופה מסוימת.

"מבחינה מתמטית, רשתות מעניינות כי הן מודל מורכב ודינמי שמבוסס על חוקים לוקליים. מבחינה רעיונית, הן מעניינות גם בגלל תופעת ה-Emergence: ברשת של פרטים, ההתנהגות של המערכת כולה יכולה מורכבת בהרבה מזו של כל פרט בנפרד ולעתים נוצרת פעילות שהיא שונה באופן מהותי. התופעה הזאת היא המפתח לשאלות שבהן פתחנו.

השאלה מה גורם לתא חיידקי לעבור מהגנה להתקפה היא דוגמה לפרויקט אמיתי שעליו עבדה ניצן במסגרת הדוקטורט, עם המנחים שלה פרופ' עופר ביהם ופרופ' חנה מרגלית, ועם קבוצה מצרפת שעוסקת בביולוגיה ניסויית וחוקרת חיידק מסוכן ונפוץ. הקבוצה הצרפתית תרמה את המידע הביולוגי, והחוקרים הישראלים זיהו מבנה מינימלי וקריטי ברשת שאחראי למעבר החיידק בין שני המצבים ופיתחו השערות לגבי הדימניקה שלו. הם מצאו שהניבויים לגבי מה שקורה ברשת אכן תואמים את מה שקורה בפועל אצל החיידק. "כך, אפשר לראות באילו קשרים כדאי להתערב כדי לעצור את התהליך שבו החיידק תוקף".

כיום, ניצן משלימה פוסט-דוקטורט אצל פרופ' ניר פרידמן מהאוניברסיטה העברית ופרופ' אביב רגב מ-Broad Institute, מכון מחקר גנטי משולב של MIT והרווארד. בעוד כמה חודשים היא תתחיל פוסט נוסף בהרווארד.

הדרך למחקר: מעבר בין תחומים

עבודתה של ניצן משתרעת על כמה תחומים. את הדוקטורט כתבה בפיזיקה תיאורטית וביולוגיה חישובית, וכעת היא מתמחה בלמידת מכונה במדעי המחשב. המערכות שהיא חוקרת הן ביולוגיות עם נתונים מתחומי הביואינפורמטיקה. "אני משתמשת בכלים וברעיונות ממדעי המחשב ופיזיקה כדי לחלץ חוקים בסיסיים להתנהגות של מערכות מהסוג הזה, שיכולים להיות ישימים בכל מיני רשתות - מרשתות ביולוגיות ועד רשתות של מעבר מידע בין בני אדם".

במחקר רשת באמצעות מודל תיאורטי, בונים מערכת מורכבת של יחסים בין משתנים שאינם מייצגים בהכרח דבר, ואז שואלים שאלות מתמטיות, לדוגמה אם שינוי של פרמטרים מסוימים משנה מהותית את ההתנהגות. "המתמטיקה מאפשרת לנסח כלללים ומודלים. אלגוריתמים מתאימים וכוח חישובי מאפשרים ליישם את המודלים בעולם האמיתי". אולם המחקר של ניצן אינו רק תיאורטי. היא עובדת עם מעבדות "רטובות", כדי לשאול שאלות רלוונטיות למערכות ביולוגיות. "אנחנו רוצים לדוגמה לשחזר את המבנה של הרשת או לצפות מה קורה כשאנחנו משנים רמה של חלבון בתא: כמה רחוק השינוי הזה מגיע? על אילו חלבונים נוספים הוא ישפיע?". עשויות לכך השלכות בפיתוח תרופות ממוקדות.

"היום אני עובדת על מערכות של אינטראקציות בין תאים, כדי לנסות להבין מתי קבוצה של תאים מתחילה להתנהג כרקמה. יש לכך יישומים משמעותיים בבנייה של רקמות מלאכותיות ואיברים מלאכותיים, וגם בהבנת תהליכים ברקמות סרטניות".

השליחות: להנגיש מדע לתלמידי תיכון

במקביל לעבודת המחקר שלה, ניצן הייתה אחת היזמיות של פרויקט "מדע בקטנה", שנועד להנגיש מדע לתלמידי תיכון. "המיזם החל במהלך הדוקטורט כפרויקט התנדבות שהקמתי עם שני דוקטורנטים נוספים. בערים הקרובות לאוניברסיטאות יש הרבה פרויקטים שבהם מדענים מבקרים בתיכונים אבל בערים רחוקות - פחות. מאחר שהסטודנטים מתפזרים בסופי השבוע ברחבי הארץ, מדוע שלא יבקרו לפעמים בבתי הספר הרחוקים יותר? היום התוכנית רצה וקיימת בזכות הרשות לקהילה ולנוער באוניברסיטה העברית וכוללת עשרות מאסטרנטים ודוקטורנטים בכל תחומי המדע. המטרה היא לחשוף את התלמידים, בעיקר בשלבי החטיבה והתיכון המוקדמים, לקראת בחירת מגמות הלימוד, לכל מיני תחומים. חשוב לנו שיהיה איזון בין גברים לנשים בתוכנית, כדי לתת דוגמה טבעית".

- כיצד אתם מנחים את הדוקטורנט להנגיש את המדע?

"אנחנו מציעים לספר על תחום המחקר בכללותו, ולא רק על המחקר הספציפי שלהם. כמו כן אנחנו מבקשים מהם להקדיש חלק לא מבוטל מההרצאה כדי לספר על הדרך שהם עברו".

- מה את מספרת על הדרך שעברת?

"אני מספרת שמאוד התלבטתי בין רפואה לפיזיקה, אולם לאחר שבסופו של דבר החלטתי ללמוד פיזיקה, חזרתי במידה מסוימת לרפואה, ואפשר למצוא שילובים בין תחומים רבים".

- תוכניות רבות שמות דגש על מדעים מדויקים. אתם בחרתם להנגיש את כל התחומים. זו אמירה?

"הבסיס של התוכנית היה פיזיקה ומדעי הטבע. חשוב בעיניי לא בהכרח לשכנע תלמידות ותלמידים לבחור במקצועות הריאליים, אבל כן לגרום להם לשקול זאת. לא מעט אנשים מוכנסים לתבניות שמונעות מהם לחשוב על האופציה הזאת".

ד"ר מור ניצן

גיל: 32

מצב משפחתי: נשואה לשחר ואמא לדניאל

חוקרת: הבסיס המתמטי של רשתות

מוסד: האוניברסיטה העברית

לימודים בחו"ל: בקרוב תצא לפוסט-דוקטורט בהרווארד

התרומה הפוטנציאלית של המחקר: פיתוח תרופות ממוקדות

עוד משהו: "כאשר נוצרת רשת של פרטים, התנהגות המערכת כולה לעתים תהיה מורכבת הרבה יותר מהתנהגות כל פרט בנפרד"

 דר מור ניצן/ צילום: זיו קורן