האם אפשר לתכנן את הטבע מחדש?

אנזימיט הפכה את כיוון הייצור התעשייתי – מתא חי לאנזים מתוכנן. אימיונאיי הפכה את כיוון המחקר הרפואי – מניסוי בודד למודל שלם. הפורום הכלכלי העולמי פתח בפניהן את השווקים הנכונים

האם אפשר לייצר כמעט כל חומר שהאנושות זקוקה לו, בלי להיות תלויים בשדות חקלאיים, בתהליכים כימיים מורכבים או במפעלים שפועלים באותן שיטות כבר עשרות שנים? זו השאלה שמניעה את גדעון לפידות, מייסד ומנכ"ל חברת אנזימיט (Enzymit). החברה לא מפתחת מוצר אחד ולא פותרת בעיה נקודתית. היא מפתחת פלטפורמה חדשה, שנועדה לאפשר ייצור של מגוון רחב של חומרים ביולוגיים בדיוק, ביעילות ובגמישות. אם תצליח, היא לא תשנה רק את האופן שבו מייצרים מוצרים מסוימים, אלא את הדרך שבה תעשיות שלמות חושבות על ייצור.

"יש מספיק חומרי גלם כדי לספק את האנושות", אומר לפידות. "האתגר הוא לבנות את המכונה שתדע להפוך אותם למה שאנחנו באמת צריכים." בעיניו, המחסור העולמי במזון, בחומרי גלם ובמוצרים חיוניים לא נובע בהכרח ממחסור במשאבים, אלא מהמגבלות של טכנולוגיות הייצור הקיימות. האתגר האמיתי, מסביר לפידות, הוא לא למצוא עוד חומרי גלם, אלא לפתח דרך חדשה, יעילה וגמישה יותר לנצל את אלה שכבר עומדים לרשותנו. בשלב הזה שיתופי פעולה בינלאומיים מפסיקים להיות יתרון עסקי והופכים לצורך טכנולוגי.

מרגע שהמחקר מצליח, מתחיל האתגר האמיתי: להוכיח שהטכנולוגיה מסוגלת לעבוד גם מחוץ למעבדה, להשתלב בתהליכי ייצור קיימים ולעמוד בדרישותיה של התעשייה. בשלב הזה שיתופי פעולה בינלאומיים הופכים מחיבור עסקי לצורך טכנולוגי. הם מאפשרים לבחון את הפתרון בתנאי אמת, לדייק אותו, לבנות אמון ולהפוך הישג מדעי לפלטפורמה תעשייתית בעלת השפעה עולמית.

הפלטפורמה נטולת התאים של Enzymit משתמשת באנזימים מהונדסים ליצירת מסלולי ייצור חדשים.

הביולוגיה הופכת לפלטפורמת ייצור

במשך עשרות שנים נשענה התעשייה הביולוגית על עיקרון פשוט: אם רוצים לייצר חומר ביולוגי, מגייסים לעבודה תא חי. חיידקים, שמרים או תאים אחרים מבצעים את התהליך, בעוד החוקרים מנסים לכוון אותם אל התוצאה הרצויה. השיטה הזו הובילה לפריצות דרך רבות, אך היא גם מגבילה את היכולת לשלוט בתהליך, לשפר את היעילות ולהתאים אותו לצרכים חדשים.

אנזימיט מציעה להפוך את נקודת המבט. במקום להסתמך על התא החי כולו, היא עובדת רק עם האנזימים – החלבונים שמבצעים את התגובות הכימיות בתוך התא. כל אנזים מתוכנן לבצע פעולה מוגדרת אחת, והחיבור ביניהם יוצר מסלול ייצור חדש, שנבנה בהתאם לצורך התעשייתי ולא בהתאם למה שהטבע פיתח לאורך מיליוני שנים.

"אם אנחנו יודעים לתכנן אנזים שיעשה בדיוק את הפעולה שאנחנו צריכים, אנחנו יכולים לבנות תהליך ייצור חדש לחלוטין", אומר לפידות. "לא כזה שמחקה את הטבע, אלא כזה שמותאם לצרכים של התעשייה."

אלא שהחזון של אנזימיט רחב בהרבה ממוצר בודד. מטרתה היא לא רק לייצר חומצה היאלורונית, או כל חומר אחר, בצורה טובה יותר, אלא לבנות פלטפורמה שתאפשר בעתיד לתכנן מסלולי ייצור חדשים למגוון רחב של חומרים ביולוגיים. כדי להגיע לשם אי אפשר להתחיל מהמוצרים הפשוטים והזולים ביותר, המיוצרים בכמויות עצומות. לכן, בחרה החברה להוכיח תחילה את הטכנולוגיה באמצעות מוצר בעל ערך גבוה – חומצה היאלורונית. אם אפשר לייצר אותה בתהליך אנזימטי יעיל ומדויק, ניתן יהיה ליישם את אותה גישה במוצרים רבים נוספים.

גם הרעיון הזה היה צריך להמתין להבשלת המדע. רק ההתקדמות בהנדסת חלבונים, ביכולות החישוב ובבינה המלאכותית אפשרה לתכנן אנזימים ברמת דיוק שלא הייתה קיימת בעבר.

"לפני כמה שנים פשוט לא היו לנו הכלים לעשות את זה", אומר לפידות. "היום אנחנו יכולים לתכנן אנזימים יציבים יותר, מדויקים יותר ומתאימים למשימות ייצור ספציפיות."

עם זאת, גם מדע פורץ דרך לא מוכיח את עצמו עד שהוא פוגש את המציאות התעשייתית. מבחינת אנזימיט, השלב הבא לא היה פיתוח של עוד מוצר, אלא הוכחה שהפלטפורמה מסוגלת לפעול גם מחוץ למעבדה, על תשתיות ייצור קיימות ובקנה מידה שמעניין את התעשייה. זה היה הרגע שבו המחקר היה צריך להתחיל לדבר בשפתם של היצרנים.

במבט מהיר: אנזימיט (Enzymit)

המשימה

לבנות פלטפורמת ייצור אנזימטית שתשנה את הדרך שבה התעשייה מייצרת חומרים ביולוגיים.

האתגר

להוכיח שאפשר לעבור מייצור המבוסס על תאים חיים לתהליך אנזימטי מדויק, יעיל וניתן להרחבה.

החיבור ששינה את המשחק

שיתוף הפעולה עם חברת Cosun מהולנד, שאיפשר להוכיח את הטכנולוגיה בסביבת ייצור תעשייתית אמיתית.

תפקידה של רשות החדשנות

רשות החדשנות יצרה את החיבור במסגרת תוכניות שיתוף הפעולה הבינלאומיות, ובהמשך פתחה לחברה דלתות לפעילות במסגרת Technology Pioneers של הפורום הכלכלי העולמי ו-C4IR ישראל.

לאן ממשיכים מכאן?

להרחיב את הפלטפורמה לחומרים ביולוגיים נוספים ולהוכיח שאפשר לייצר אותם בדיוק, ביעילות ובקנה מידה תעשייתי.

שורה ששווה לקחת

"אני רוצה ש-Enzymit תהיה ה-Dow Chemical של המאה ה-21."

רשות החדשנות מחברת חברות ישראליות לשווקים ולמקומות נוספים שבהם מתקבלות החלטות על עתיד הטכנולוגיה. באמצעות C4IR ישראל והפעילות עם הפורום הכלכלי העולמי, חברות יכולות להשתלב בדיונים וביוזמות בינלאומיות, לפגוש תאגידים ומעצבי מדיניות ולהביא את הידע הישראלי אל שולחנות שבהם מתעצבים סטנדרטים, רגולציה ופתרונות לאתגרים גלובליים.

האם אפשר ללמד מחשב להבין את מערכת החיסון?

בעוד השאלה שמעלה אנזימיט היא כיצד לייצר חומרים בדרך חדשה, נועם סולומון, מנכ"ל אימיונאיי (Immunai), שואל שאלה בסיסית לא פחות: האם אפשר ללמד בינה מלאכותית להבין את מערכת החיסון האנושית? המערכת החיסונית היא אחת המערכות המורכבות ביותר בגוף. בכל רגע היא מקבלת אינספור החלטות: אילו תאים להפעיל, איך להגיב לזיהום ומה לעשות כשהיא נתקלת בגידול סרטני. למרות עשרות שנות מחקר, חלק גדול מהמנגנונים האלה עדיין לא מובן במלואו. עבור חברות התרופות, המשמעות ברורה: קשה לפתח טיפולים המבוססים על מערכת החיסון, כל עוד חסרה תמונה מלאה של אופן פעולתה.

אימיונאיי לא מפתחת תרופה חדשה. היא בונה מודל דיגיטלי של מערכת החיסון האנושית, שנועד לסייע לחברות תרופות להבין טוב יותר כיצד מטופלים צפויים להגיב לטיפולים חדשים, לזהות סמנים ביולוגיים ולפתח תרופות מדויקות ויעילות יותר. קרוב ל-270 מיליון דולר שגויסו עד היום וצוות של 170 עובדים מכוונים כולם למטרה האחת הזו.

"המטרה שלנו פשוטה", אומר סולומון. "אם נבין טוב יותר את המערכת האימונית, נוכל לעזור לאנשים להיות בריאים יותר."

במשך עשרות שנים ניסו חוקרים להבין את מערכת החיסון באמצעות ניסויים בודדים, דגימות נקודתיות או מחקרים שהתמקדו במחלה אחת בכל פעם. כל מחקר הוסיף עוד חתיכה לפאזל, אבל התמונה המלאה נותרה חלקית. אימיונאיי מבקשת להפוך את כיוון החשיבה: במקום לשאול מה אפשר ללמוד מכל ניסוי בנפרד, היא שואלת מה אפשר לגלות כשמחברים את כולם.

המודל שפיתחה החברה נשען על מאגר עצום של נתונים תאיים, המשלב מידע שהצטבר לאורך שנים ממחקרים אקדמיים, מחברות פארמה, מבתי חולים ומשיתופי פעולה מחקריים ברחבי העולם. ככל שמתווספות עוד דגימות ומצטבר מידע ממקורות מגוונים יותר, כך גדלה יכולתה של המערכת לזהות קשרים שקשה מאוד לראות בעין אנושית. "אנחנו לא מנסים להחליף את המדענים", אומר סולומון. "אנחנו מנסים לתת להם תמונה רחבה יותר, שתאפשר להם לקבל החלטות טובות יותר."

הערך שמבקשת החברה ליצור נמצא בשלבים המוקדמים של פיתוח התרופות. אם חברות התרופות יבינו טוב יותר כיצד מערכת החיסון צפויה להגיב לטיפול חדש, הן יוכלו לתכנן ניסויים מדויקים יותר, לבחור טוב יותר את אוכלוסיית המטופלים ולהפחית את הסיכון להשקיע שנים בפיתוח טיפול שלא יצליח. ככל שבסיס הנתונים גדל, כך משתפר גם המודל. עבור אימיונאיי, שיתופי פעולה הם לא תוצאה של הצלחת החברה אלא התנאי להצלחתה. כל מוסד רפואי שמצטרף, כל חברת פארמה שמחליטה לעבוד עם הפלטפורמה וכל קבוצת חוקרים שתורמת נתונים – מוסיפים שכבה נוספת להבנת מערכת החיסון האנושית.

ההשתתפות בקהילת Global Innovators של הפורום הכלכלי העולמי ובקהילת החדשנות של C4IR ישראל, הפועלת בשיתוף רשות החדשנות, הרחיבה את רשת שיתופי הפעולה של החברה עם חברות פארמה, מוסדות אקדמיים ומערכות בריאות – בדיוק במקומות שבהם נוצרים הנתונים שמאפשרים למודל להמשיך ללמוד ולהשתפר.

השותפויות הן חלק מהטכנולוגיה

ככל שגדל בסיס הנתונים של אימיונאיי, כך מתחדדת גם ההבנה שהאתגר של החברה הוא לא רק מדעי או טכנולוגי. הוא תלוי ביכולתה לבנות רשת רחבה של שותפים המחזיקים בנתונים, בידע ובניסיון המצטברים לאורך שנים. חברות פארמה, מרכזים רפואיים ומוסדות אקדמיים הם לא רק לקוחות או שותפים למחקר, אלא חלק בלתי נפרד מהאופן שבו הפלטפורמה לומדת, משתפרת ומרחיבה את יכולותיה.

"מערכת החיסון לא משתנה ממדינה למדינה, אבל הנתונים מפוזרים בכל העולם", אומר סולומון. "אם רוצים לבנות מודל שמייצג את המורכבות של מערכת החיסון האנושית, חייבים לעבוד עם שותפים מגוונים, במקומות שונים ובמערכות בריאות שונות."

הפעילות במסגרת Global Innovators ובקהילת החדשנות של C4IR ישראל אפשרה לאימיונאיי להשתלב ברשת בינלאומית של חברות, חוקרים, מערכות בריאות ומקבלי החלטות. עבור החברה זו הייתה הזדמנות להרחיב את מעגל הקשרים ולהעמיק את שיתופי הפעולה שמעשירים את המודל בנתונים חדשים. "הערך הגדול ביותר הוא האפשרות לשבת סביב אותו שולחן עם אנשים שחושבים על אותן בעיות, גם אם הם מגיעים מתעשיות שונות לגמרי", אומר סולומון. "השיחות האלה פותחות כיוונים חדשים לשיתופי פעולה שלא תמיד היית חושב עליהם לבד."

הפלטפורמה של Immunai משלבת נתונים ביולוגיים ממקורות שונים כדי לבנות תמונה מקיפה של מערכת החיסון ולתמוך במחקר ובפיתוח תרופות.

כל דגימה מקרבת את פריצת הדרך

למרות ההכרה הבינלאומית ורשת שיתופי הפעולה שכבר בנתה, סולומון מדבר על אימיונאיי כחברה שנמצאת עדיין בתחילת הדרך. הפלטפורמה שלה מבוססת כיום על מאגר עצום של מידע ביולוגי, הכולל עשרות אלפי דגימות של תאי מערכת החיסון, אך מבחינתו זהו רק שלב בדרך. היעד הבא שאפתני הרבה יותר.

"אנחנו רוצים להגיע למיליון דגימות. ככל שהמודל ילמד ממספר גדול ומגוון יותר של אנשים, כך הוא יוכל לזהות דפוסים שלא ניתן לראות בדרכים אחרות."

מבחינת אימיונאיי, כל דגימה חדשה היא הרבה יותר מנתון נוסף. היא מרחיבה את הבנת מערכת החיסון ומחדדת את יכולתו של המודל לזהות קשרים שלא ניתן לראות בדרכים אחרות. ככל שהמודל יבין טוב יותר כיצד מערכת החיסון מגיבה לטיפולים שונים, כך יוכלו חברות התרופות לבחור בצורה מדויקת יותר אילו תרופות לקדם, להתאים טוב יותר מטופלים לניסויים קליניים ולזהות מוקדם יותר כיווני מחקר מבטיחים. זהו החזון שמוביל את החברה: להפוך כמויות עצומות של מידע ביולוגי לידע שיסייע לקצר את הדרך לפיתוח הדור הבא של התרופות.

"אם נבין טוב יותר את מערכת החיסון", מסכם סולומון, "נוכל לעזור לפתח תרופות טובות יותר, מהר יותר, ולהביא אותן ליותר אנשים."

במבט מהיר: אימיונאיי (Immunai)

המשימה

לבנות מודל דיגיטלי של מערכת החיסון האנושית, שיסייע לפתח תרופות מדויקות ויעילות יותר.

האתגר

לבנות בסיס נתונים בקנה מידה עולמי, שיאפשר להבין טוב יותר כיצד מערכת החיסון מגיבה למחלות ולטיפולים.

החיבור ששינה את המשחק

ההשתלבות בקהילת Global Innovators של הפורום הכלכלי העולמי ובקהילת החדשנות של C4IR ישראל, שהרחיבה את שיתופי הפעולה עם חברות פארמה, מוסדות אקדמיים ומערכות בריאות ברחבי העולם.