חומרים מעולם אחר

חשיבה רבת מעוף המבוססת על ביו-קונברג’נס מזניקה שתי חברות ישראליות ליצירת חומרים חדשניים: סיוויקס פיתחה סיב בהשראת קור העכביש – הגביע הקדוש של עולם החומרים, בעוד אנזימיט מתכננת ובונה אנזימים, ננו-מכונות ביולוגיות, המסוגלות לייצר כל חומר    

“בכל תא בכדור הארץ יש אלפי אנזימים שונים, שהם למעשה מכונות העובדות בתוך התאים”, מסביר ד”ר גדעון לפידות, המנכ”ל והמייסד של אנזימיט (Enzymit). “חלקם מפרקים אוכל והאחרים בונים חומרים חדשים. בלי מכונות אלה, החיים כפי שאנחנו מכירים אותם לא היו מתקיימים”.

אנזימים הם מכונות הייצור של הטבע: “מכניסים משהו מצד אחד ויוצא משהו אחר מהצד השני”, מסביר ד”ר לפידות. “בתהליך הפוטוסינתזה, למשל, צמחים לוקחים CO2 מהאוויר, ובאמצעות אנרגיית שמש הופכים אותו לסוכר. כלומר, האנזימים הופכים אנרגיית שמש לאנרגיה כימית. אנחנו עושים באופן מלאכותי וביעילות רבה יותר את מה שהאנזימים עושים. יתרה מזאת, ביכולתנו לייצר גם חומרים שלא קיימים בטבע”.

במחקר שערך במכון וייצמן בדק ד”ר לפידות את הדרכים לתכנן חלבונים שיהיו ננו-מכונות ביולוגיות שיודעות לבנות חומרים ממשיים, אטום אחר אטום, כמו מכונות בעולם האמיתי. “ננו-טכנולוגיה מאפשרת לשחק עם אטומים ומולקולות כדי לייצר חומרים חדשים בתחומים שונים – למשל באוכל, בקוסמטיקה ובתרופות. אז במקום להשתמש בכימיה סטנדרטית, אנחנו מייצרים אנזימים שלא קיימים בטבע כדי שהם יהיו המכונות שייצרו לנו את החומרים האלו”, הוא מסביר.

מייצור כימי – לייצור ביולוגי

בחזית העשייה של ד”ר לפידות ניצבת המטרה לייצר חומרים בצורה טובה, יעילה וזולה יותר מזו שמאפשר הייצור כימי, שהוא אופן הייצור השולט בעולם המודרני. “לכולם ברור שייצור ביולוגי הוא ירוק וסביבתי יותר מהייצור הכימי המזהם”, מסביר ד”ר לפידות. “הבעיה היא במחיר: הייצור ביולוגי שמבוסס על פרמנטציה יקר מאוד. דלק ביולוגי, למשל, יקר יותר מדלק שמפיקים מנפט. אבל תהליך אנזימטי מאפשר להפיק דלק בדרך יותר זולה מזאת הקיימת היום – ולא פחות חשוב: הוא גם לא מזהם”.

אנזימיט בנתה וממשיכה לפתח פלטפורמה טכנולוגית ויכולות חישוביות ומפתחת אלגוריתמים שמתכננים חלבונים חדשים. “דמיינו למשל פלסטיק מבוסס סוכר, או אפילו CO2 במקום נפט”, מציע ד”ר לפידות. “יכולה להיות כאן אספקה בלתי נגמרת של חומר גלם שהוא גם מתכלה מבחינה ביולוגית.

“אנחנו מסתכלים על זה מזווית הנדסית ואז מתכננים אנזים שיודע לעשות ריאקציה כימית. למשל אנזים שיודע להפוך CO2 לסוכר, או להפוך סוכר פשוט לחומר יותר מורכב ויקר”, מספר ד”ר לפידות.

החומרים הראשונים שפיתחו בחברה כבר בשוק. הראשון מתוכם הוא חומצה היאלרונית שמופקת בתהליך אנזימטי מסוכר פשוט. לחומצה היאלרונית שימושים רבים בתעשיית הקוסמטיקה והרפואה, והיא מופקת באופן מסורתי בעיקר מכרבולות של תרנגולים או מחיידקים. 

“החומצה ההיאלרונית שאנחנו מייצרים יותר נקייה ואיכותית מהחומצה הקיימת. התהליך זול, מהיר ומתבצע ללא תאים, שמרים או חיידקים”. השאיפה היא שבעתיד הוא לא יתחיל מסוכר לבן אלא מ-CO2.

באנזימיט עובדים בשיתוף פעולה עם נסטלה גם על פיתוח תהליך מלאכותי לייצור סוכרים שיש רק בחלב אם, בשאיפה להכניס אותם למזון תינוקות.

במקביל עובדים שם על תהליך אנזימטי של הפיכת שמנים זולים, כדוגמת שמן קנולה או דקלים, לשמנים שיהיו בהם איכויות של שמן זית או של שמן בעלי חיים – אבל בלי לערב בתהליך תאים חיים או בעלי חיים.

קסם האנזימים

יתרונות השיטה ברורים: היא יעילה כמו ייצור כימי – אבל בלי כל הנזק הסביבתי ובלי כל התנאים הלא בריאים, ומתרחשת ביעילות, תוך כמה דקות או כמה שעות בודדות. “זה ממש קסם”, אומר ד”ר לפידות. “אנזים הוא כמו מדפסת: צריך להכניס לו דיו ויוצא משהו מהצד השני”, “הצד החישובי הוא התכנון של המדפסת והייצור שלה. באנזימיט לקחנו את תהליך הניסוי וטעייה של פעם – והפכנו אותו לתהליך הנדסי ומתוכנן.

“החזון שלנו הוא לבנות תהליך של ביו-ריקאטור שמזרימים לתוכו מצד אחד CO2  ומצד שני הוא פולט עמילן, צלולוז או פלסטיק. אני יודע שזה יעבוד, זאת כרגע רק שאלה של תקציב. אני בטוח שבעוד כמה שנים אפשר יהיה לעשות את זה זול יותר מאשר בכל צורה אחרת, מסורבלת יותר.

“במקום לגדל שדות כותנה ענקיים כדי לייצר צלולוז, יהיה לי ביו-ריאקטור שמאפשר לקחת CO2 ולהמיר אותו לצלולוז. בסוף הכול רק תהליך כימי בו ממירים חומר גלם מאוד זול  למוצר שיש לו ערך. אני יודע שאנחנו נוכל לבנות מכונה שהופכת CO2 לאוכל או לדלק.

“הכול חדשני כאן, כי הטכנולוגיה הזאת לא הייתה קיימת לפני שלוש שנים ויישומיה היו בלתי אפשריים עד לאחרונה. היינו צריכים אינטליגנציה מלאכותית, למשל, כדי לתכנן את האנזימים. אז בעוד שעד לאחרונה עבדנו שנים על כל אנזים, היום אנחנו יודעים לתכנן את זה בכמה ימים. מדובר בטכנולוגיה שהיא Game Changer, טכנולוגיה שתשנה הכול”.

ד”ר לפידות מאמין שהטכנולוגיה הזאת יכולה לפתור הרבה בעיות קיימות ברמה העולמית. רוב היישומים בתחום היו עד כה בעולם התרופות, אבל אנזימיט בחרה להתמקד בביו-טכנולוגיה תעשייתית, כלומר בעולם הייצור. “אני חושב בעיקר איך לייצר יותר בזול”, הוא אומר, “כי אף אחד לא רוצה לקנות למשל ניילון מסוכר שעולה פי שישה מניילון רגיל. אין גבול למה שאפשר לעשות עם מה שפיתחנו בחיקוי של חומרים קיימים בטבע ובתעשייה וביצירת חומרים חדשים לחלוטין”.

הטכנולוגיה של החברה מבוססת נכון לעכשיו על כמה וכמה דיסציפלינות: מדעי מחשב, ביו-כימיה, כימיה אורגנית ומיקרו-ביולוגיה. “נכון לעכשיו אנחנו מתמקדים בשוקי הקוסמטיקה והאוכל”, מתאר ד”ר לפידות. “החלטנו לייצר בשלב הראשון דברים מיוחדים ויקרים שאפשר להיות רווחיים בהם גם כשמייצרים בכמויות קטנות”. השלב הבא הוא עליית שלב בייצור, למפעלים. מכיוון שהמוצר זהה לגמרי למה שקיים בטבע אין אפילו בעיית רגולציה.

“רשות החדשנות תומכת בנו”, מספר ד”ר לפידות. “הם מאוד מאמינים בחזון ובחיבור בין הביולוגיה לבין מדעי המחשב ובסוף מה שיפה בעידן הנוכחי הוא שפעם היה מאוד יקר להקים ביו-טק וכיום הרבה פחות”.

עם זאת, ד”ר לפידות מציין חוסרים ברמת הלוגיסטיקה. “אנחנו מייצרים אנזימים דרך תכנון במחשב שפולט רצף דיגיטלי של DNA שצריך לייצר ולהכניס לחיידקים. זאת טכנולוגיה מאוד מבוססת שקיימת כבר 40 שנה. מתישהו היא תיעלם ואפשר יהיה לייצר אנזימים בלי חיידקים. הפתרון שלנו מאוד יצירתי”, מסכם ד”ר לפידות. “אנחנו יכולים עקרונית לייצר כל חומר. אני מאמין אמונה שלמה בטכנולוגיה – ברור לי שזה יעבוד. זה חייב לעבוד”.

חזק כמו מתכת, גמיש כמו גומי

גם ד”ר שלומציון שן, המנכ”לית של חברת סיביקס (Seevix), מספרת על השראה מהטבע – שהובילה ליצירת חומר חדש לחלוטין. את החברה הקימה ד”ר שן ב-2014 ביחד עם ד”ר שמוליק יטאח, שחקר במהלך לימודיו באוניברסיטה העברית את רצף ה-DNA של סיב קורי העכביש.

“קור העכביש הוא חומר נחשק מאוד בעולם החומרים, בזכות תכונה ייחודית שלא קיימת באף חומר אחר – יכולת ספיגת אנרגיה”, מסבירה ד”ר שן. “הסיב גם חזק וגם אלסטי – והשילוב הנכון בין חוזק לאלסטיות נחשב לגביע הקדוש של עולם החומרים. זה לא החומר הכי חזק, הוא לא הכי אלסטי – אבל השילוב הוא הכי אידיאלי מבחינת יכולת ספיגת האנרגיה שלו”.

“יש בטבע 4 מיליארד שנות מחקר ופיתוח, ואפשר לנסות ללמוד ממנו”, מסבירה ד”ר שן על התהליך של ביו-מימטיקה – חיקוי אנושי של תופעה מהטבע. “באוניברסיטה העברית חקרו את רצף ה-DNA של קור העכביש במשך עשר שנים ואנחנו קיבלנו את הרישיון על הרצף הייחודי בהשראת קור העכביש בטבע, שהאוניברסיטה רשמה עליו פטנט, והתבססנו עליו”. מאז עשתה סיביקס כברת דרך משמעותית וכיום יש לחברה כבר שישים פטנטים בתחום הפיתוח.

התהליך שפותח בחברה הוא היכולת להכניס את הקוד הגנטי הייחודי המבוסס על רצף קורי העכביש למיקרו-אורגניזם, חיידק, וללמד אותו ליצור את חומר הגלם המבוקש. התוצאה היא חלבונים שמתאספים לננו-סיבים, שמתאחדים למעין ספוגית קטנה בקוטר של חצי מיקרון.

“זה חומר הגלם שלנו, שקראנו לו SVX”, מספרת ד”ר שן, “והוא מיוצר ספונטנית בתוך המיקרו-אורגניזם. רמות התחכום והיישום גבוהות מכל מה שקיים. זה הרבה יותר מסתם חלבון. יש לחומר הזה תכונות פיזיקליות של חוזק ואלסטיות ושל שטח פנים ותחכום מבני שמאפשרים לנו להשתמש בו כ-Delivery Device – כלומר, לשלב בתוכו הורמונים, מולקולות וחלבונים שונים לשחרור הדרגתי ומקומי”.

“הדוקטורט שלי הוא אומנם בביולוגיה, אבל מרבית השנים עבדתי בפיתוח עסקי ובניהול חברות, כך שהרקע שלי טכני וביולוגי אבל גם עסקי. אני מאוד אוהבת את השילוב הזה שמאפשר להביא את המדע לשוק ולהבין איך לעשות ממנו עסקים.

“בסיביקס עשינו את כל הדרך הזאת מהטכנולוגיה שלקחנו מהאוניברסיטה דרך מציאת היגיון מסחרי ובניית הסקייל-אפ כדי להפוך אותו לישים מסחרית. בשלב הראשון התמודדנו עם השאלה איך הופכים את חומר הגלם היקר הבנוי מחלבון – לכלכלי. גייסנו לשם כך את טובי המוחות. מכיוון שכחברת סטארט אפ צריך להתחיל ביישום ראשון – גם כאן היו תהליכי חשיבה ולמידה ארוכים, עם הרבה תובנות לאורך הדרך”.

ספיידרמן של העור

באופן אולי מפתיע, היישום הראשון של ה-SVX קורה דווקא בתחום הקוסמטיקה. בסיביקס משתמשים בו לייצור קרמים וסרומים לעור, כאשר הוא משולב עם חומצה היאלרונית וריטנולית וחומרים שמשתחררים בהדרגה על פני העור או השיער. למוצר הסופי יש אפקט כפול: גם אנטי אייג’ינג לטווח ארוך וגם חיזוק ומיצוק מיידי של העור, כאשר האלסטיות מאפשרת לפנים לשמור על הבעות טבעיות. “עשינו המון ניסויים קליניים והתוצאות מדהימות”, מספרת ד”ר שן בהתרגשות. “החומר שלנו מייצר קפסולציה ומשחרר חומרים מיטיבים במשך שמונה שעות על פני העור והשיער”.

יתרון נוסף של החומר הוא היותו ידידותי לסביבה ואפילו Vegan Friendly. למרות ההשראה מהקוד של קור העכביש, אין מעורבות של בעלי חיים בחומר, והוא מיוצר בפרמנטציה בתהליך סגור לחלוטין. בנוסף, מדובר בחומר מתכלה שכאשר טומנים אותו באדמה הוא מתפרק לחלבון.

“עם החומרים האלה נצא בקרוב לשוק”, אומרת ד”ר שן, “ונתחיל לייצר לחברה הכנסות בעולם הביוטי. אני חושבת שזה דבר מדהים מה שאנחנו מביאים פה: היכולת לקבל את התחושה המיידית ולהרגיש אפקט מתיחה עם כל הפורמולציות שמגנות על העור מפני השמש ועם אפקטים נוגדי חימצון – בלי הצורך להזריק לגוף כלום. בתור מנכ”לית, לראות חברה שמביאה מוצר לשוק והופכת להיות רווחית זה מעולה והדמיון ממריא להמון כיוונים נוספים.

“אפשר לעשות המון דברים עם חומר הגלם הזה, ולשם כך אנחנו עובדים בשותפות עם חברות שונות. אנחנו לא מתכננים לייצר את המוצרים הסופיים אלא לספק פתרונות לסקטורים שונים ולעבוד בשיתופי פעולה עם חברות שיודעות לייצר ולמכור את המוצר הסופי בתעשייה שלהן. אנחנו נהיה המומחים בחומר הגלם שלנו. חברת הספורט היפנית אסיקס, למשל, הציגה את הטכנולוגיה שלנו בטוקיו באולימפיאדה 2020 ליישום בחליפות הספורט והנעליים שלהם כחומר משפר ביצועים וידידותי לסביבה”.

יישום נוסף שסיביקס עובדים עליו בתמיכת הרשות לחדשנות הוא בשר מתורבת. החומר שפיתחו משמש במקרה זה כתבנית שמאפשרת לתאים לגדול מהר יותר וטוב יותר ולחיות לאורך זמן. “רשות החדשנות היא פלטפורמה כל כך חשובה לחברות סטארט-אפ בישראל. אני נעזרת בה לכל אורך הדרך, עוד לפני הקמת החברה – גם במימון, גם בקונסטלציה של המאגד בבשר המתורבת ובאופן כללי בהרבה מאוד דברים”, מספרת ד”ר שן.

“הפיתוח שלנו מבוסס כולו על ביו-קונברג’נס: יש לנו ביולוגים, כימאים, אנשי חומרים ואנשי ייצור שעובדים במפעל שלנו בירושלים. זה תענוג גדול לעבוד עם מגוון רחב של אנשים שבאים מדיסציפלינות שונות ועובדים ביחד. זה גם לא פשוט, כי כל אחד מדבר בשפה אחרת, אבל בנוסף למבחן התוצאה שמוכיח שזאת הדרך, זאת גם חוויה מדהימה”, אומרת ד”ר שן.

“מבחינה עולמית, החזון שלנו הוא להביא חומרים חדשים בני-קיימא וידידותיים לסביבה כחלק מפתרון בעיית האקלים שקקימת וגוברת. בקטן, ברמה הישראלית, אחד החלומות שלי הוא שיהיה פה מפעל ייצור גדול שייצר את החומר שלנו באלפי טון – לא רק לעולם הקוסמטיקה, אלא גם לעולם הטקסטיל וכמובן למיגון כי הוא חזק וגמיש”, מסכמת ד”ר שן. “זה חומר עם כל כך הרבה דברים טובים שאפשר להשתמש בהם באספקט הביולוגי והמכני. אין הרבה חומרים שאפשר לתת להם את התכולה המדהימה הזאת של כל החבילה”.