תהליכי ייצור באמצעות מערכות ביולוגיות המבוססים על תכונות צמחים, פותחים מגוון אפשרויות וביניהן ייצור חלב ללא פרות, הדפסת איברים מקולגן צמחי, אריזות מזון מתכלות ועוד, בדרך לעידן בו צמחים יוכלו לייצר עבורנו כמעט כל מה שנרצה
לא פעם דווקא הטעויות מובילות לתגליות המשמעותיות ביותר. כך היה כאשר פרופ’ עודד שוסיוב, אז חבר סגל צעיר בפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית, ניסה לפתור בעיה פשוטה לכאורה: פיתוח קלמנטינות עם פחות חרצנים. “עבדנו על גן במקודד לחלבון שחשבנו שיכול למנוע את תהליך ההפריה ואת יצירת החרצנים”, משחזר פרופ’ שוסיוב. “אבל גילינו שהתוצאה הייתה הפוכה לחלוטין – החלבון דווקא גרם להתארכות ולצמיחה מואצת.”
טעות זו, שבתחילה נראתה כמו כישלון, פתחה צוהר לעולם חדש של אפשרויות. היא הובילה לפיתוח טכנולוגיה לעצי אקליפטוס מהונדסים גנטית שגדלים בקצב מהיר יותר. “טעות” זו הובילה את פרופ’ שוסיוב להקים את חברת FuturaGene שנרכשה בכ-100 מיליון דולר על ידי Suzano, שהיא החברה הברזילאית הגדולה בעולם לגידול עצי יער ויצירת נייר. כיום, העצים האלה גדלים ביערות בברזיל בקצב מואץ, מה שמאפשר ייצור יותר נייר על פני שטח אדמה קטן יותר. “הכישלון הזה שינה את חיי”, הוא אומר, ובאמצעותו גם הבנתי שהצמחים יכולים לשמש כמפעלים ביולוגיים לייצור חומרים מתקדמים”.
מחקלאות מסורתית לחדשנות ביולוגית
מאז צמחו מחקרים ושיתופי פעולה רבים המנצלים את היכולות הטבעיות של הצמחים כדי ליצור חומרים מתקדמים שאינם מזהמים את הסביבה. ייצור באמצעות מערכות ביולוגיות עושה שימוש בחומרים מהטבע – ביו חומרים או ביו מולקולות תוך ניצול הפונקציונליות שלהם מהטבע (מתאי צמחים או בעלי חיים) כדי לגייס אותם לשימושים חדשים בעזרת הליך ייצור ייעודי.
הקשר של פרופ’ שוסיוב לעולם הטבע והצומח אינו מקרי ומתחיל כמה דורות אחורה. הוא עצמו דור שמיני לכורמים, שערך מסע מחקלאות מסורתית אל חזית הטכנולוגיה הביולוגית, ואל מה שהוא מכנה “עידן הצמח” – עידן שבו צמחים יוכלו לייצר עבורנו כמעט כל דבר שנרצה.
המיזם השאפתני האחרון שפרופ’ שוסיוב החל לעבוד עליו – ייצור חלב ללא פרה – ממחיש את עוצמתו של “עידן הצמח”. מדובר בשיתוף פעולה בין המעבדה באוניברסיטה העברית לבין מכון Riddet בניו זילנד, המוביל בעולם בטכנולוגיות חלב, ומכון המחקר CSIRO באוסטרליה, שנחשב לאחד המובילים בחקלאות והנדסה גנטית. “תהליך ייצור החלב על ידי הפרה מאוד מזהם”, הוא מסביר. “הפרות פולטות יותר גזי חממה מכל המכוניות, האוניות, הרכבות והמטוסים יחד, וצורכות כ-25 אחוזים מכל המים השפירים בעולם. לכן, בודדנו את הגנים שאחראים לייצור חלבוני החלב והחדרנו אותם לצמחים שמייצרים זרעי שמן חריע, שמהם אנחנו יכולים להפיק ישירות שמנת ממנה ניתן לייצר חלב, גבינות, ועוד. לשמן חריע אין טעם, ריח או צבע, ולכן הוא מצוין כבסיס לחלב. הקמנו לצורך העניין חברה בשם Miruku, יש לנו מחקר משותף עם החוקרים בניוזילנד ובאוסטרליה, וההערכה היא שבשנים הקרובות ניכנס לייצור”.
אחד הפיתוחים המרתקים של פרופ’ שוסיוב, הרזילין (Resilin), נולד מהתבוננות בפרעושים בטבע ומניסיון לגלות את סוד הקפיצה המדהימה של הפרעוש – פי מאה-מאתיים מגובהו. רזילין הוא חלבון ייחודי שניתן למתוח ולכווץ אינספור פעמים מבלי שיאבד מהאנרגיה שהוכנסה בו – לא בחום ולא בחיכוך – והוא משמר את תכונותיו למשך זמן רב. חקר ה-DNA שאחראי לייצור הרזילין מאפשר להנדס צמחים שייצרו את החלבון המיוחד הזה. חברת Smart Resilin שהוקמה על בסיס מחקר זה, מייצרת כיום את החלבון ומפתחת יישומים מגוונים – מנעלי ספורט משופרות ועד קוסמטיקה ויישומים לתעשיית הרכב. זוהי דוגמה מצוינת לאופן שבו אפשר לקחת רעיון מהטבע ולשכפל אותו באופן מקיים באמצעות צמחים.
צלולוז ננומטרי: המהפכה הירוקה באריזות המזון
פריצת דרך נוספת הגיעה עם פיתוח טכנולוגיה להפקת צלולוז ננומטרי, חומר בעל תכונות מפתיעות. הצלולוז הוא החומר השכיח ביותר על פני כדור הארץ הוא מעניק לעצים גבוהים, כדוגמת הסקויה, את העמידות והחוזק לשאת על עצמם מאות טונות לאורך מאות שנים, גם בתנאי מזג אוויר קיצוניים של טמפרטורות נמוכות מתחת לאפס, או קרינת UV חזקה. העצים עשויים מסיבים ננומטרים, שגודלם קטן מחלקיק שערה. הסיבים הללו הם חומר אורגני מדהים – חזק פי עשרה יותר מפלדה, אך קיים קושי להפיק אותו בכמויות משמעותיות.
שיתוף פעולה בין המעבדה של פרופ’ שוסיוב לבין מדענים משוודיה, פינלנד ואיטליה הוביל לפיתוח טכנולוגיה להפקת צלולוז ננומטרי בעלות נמוכה של ציפוי לנייר רגיל שיש לו את כל היתרונות של פלסטיק המצופה באלומיניום, אבל אחרי כמה שבועות באדמה הוא מתפרק. על בסיס המחקר הוקמה חברה בשם מלודיאה (Melodea), המייצרת כיום ננו צלולוז בכמויות גדולות. החברה מציעה פתרונות אריזה ידידותיים לסביבה שמחליפים פלסטיק ואלומיניום. “האריזות מעולות לשימור מזון ומספקות הגנה מעולה מפני חמצן, שמן, שומן ואדי מים, תוך שמירה על יכולת מחזור מלאה. זה פתרון מהפכני עבור תעשיית המזון והאריזות, המסייע בהפחתה משמעותית של זיהום פלסטיק” המוצר הזה נמצא כבר כעת בשלב הקידום והמכירות.
ננו-ביו-אלקטרוניקה:
גם סיבי ננו צלולוז יכולים לייצר חשמל
כחלק מהניסיון להבין לעומק את התכונות הפיזיקליות של סיבי הננו צלולוז, החל פרופ’ שוסיוב מחקר יסודי משותף עם הפרופ’ לפיזיקה יוסי פלתיאל. החוקרים גילו תופעות מעניינות הקשורות לסיבים. למרות המראה הישר שלהם, סיבים אלה מפותלים ברמה המולקולרית עקב מבנה הגלוקוז המרכיב אותם. הגלוקוז הוא חומר כיראלי ובעל אי-סימטריה שמייצרת לסיבים תכונות חשמליות ייחודיות. אחת מהן היא תופעה המכונה Chiral Induced Spin Selectivity או CISS. בעת מגע או הפעלת לחץ, נוצרת הפרדת מטענים והסיבים מייצרים מתח חשמלי באופן יעיל במיוחד.
תגלית זו פתחה תחום מחקר חדש בשם ננו-ביו-אלקטרוניקה, המאפשר פיתוח כלים אלקטרוניים חדשניים. המחקר ממחיש את חשיבות בהבנה היסודית של תכונות חומרים טבעיים כמו העץ, ומציע אפשרויות מרגשות לפיתוחים טכנולוגיים עתידיים.
דאייקה: מגזם עירוני לרהיטים חדשניים
פיתוח מעניין נוסף בתחום הצלולוז הננומטרי הוא חומר חדש בשם דאייקה (Daika) שניתן להשתמש בו לשחזור עץ, תוך שימוש בנסורת של גזם עירוני. הטכנולוגיה מאפשרת להפוך ננו חלקיקים טבעיים שנובעים מהעץ, לחומר פלסטי כמו פלסטלינה. ניתן להשתמש בדאייקה, בשיטות ייצור שונות כגון אקסטרוזיה וכבישה כדי לייצר עץ חזק ונעים למגע.
חברת Daika Wood, שהוקמה על בסיס המחקר של פרופ’ שוסיוב, פרופ’ מגדסי וד”ר מיכאל ליאני, מיישמת הלכה למעשה כלכלה מעגלית המבוססת על משאבים צמחיים. היתרונות בייצור הדאייקה רבים, וכוללים מחזור גזם עירוני, שבדרך כלל נטמן באדמה או נשרף ומהווה מטרד סביבתי, ושימוש בו לייצור מוצרים שימושיים – רהיטים, קירות, ואפילו הדפסות בתלת ממד.
מצמחים לאיברים אנושיים: הדפסת שד אנושי
הישג מרשים נוסף, ייצור קולגן אנושי בצמחי טבק מהונדסים גנטית, הוביל לפריצת דרך משמעותית בתחום הרפואה המשחזרת: בידוד הגנים האחראים לייצור קולגן אנושי והחדרתם לצמחי טבק המאפשר לייצר קולגן אנושי בכמויות גדולות באמצעות צמחים.
הפוטנציאל של הטכנולוגיה הזו הוא עצום. הדפסת שד בנשים לאחר כריתת שד כתוצאה מסרטן, היא רק אחת האפשרויות הגלומות בה. במקום פתרונות של שתלים מסיליקון, השד מודפס מהקולגן הביולוגי, והתאים של המטופלת גדלים לתוך הקולגן. השד נוצר כעבור כמה שבועות לפי המבנה שהרופא תכנן. במידה מסוימת, זהו שימוש בצמחים כדי לייצר חלקי חילוף לבני אדם. זה תהליך מקיים וחדשני שיכול לשנות את פני הרפואה. החברה, שהוקמה על בסיס מחקר זה, CollPlant, כבר מייצרת שתלים שונים מבוססי קולגן שחלקם אושרו לשימוש במערב אירופה ובישראל. החברה מדפיסה שתלים רפואיים שנמצאים בשלבים מתקדמים פרה-קליניים, ובעתיד מצפה לבצע ניסויים קליניים.
מחקר פורץ דרך נוסף במעבדה של פרופסור שוסיוב הוביל להקמת חברת Biobetter, המייצרת נוגדנים אנושיים, כמו , Anti-TNF-Alfa לטיפול במחלות אוטואימוניות כגון דלקות פרקים ומחלת קרוהן. כמו כן, החברה מייצרת פקטורי גדילה, כמו אינסולין, FGF2, IGF1, המיועדים לתעשיית הבשר המתורבת.
מאגד בשר מתורבת שממומן על ידי רשות החדשנות הינו המאגד המחקרי הגדול בעולם במימון ציבורי הפותר את תגר העלות הגבוהה של פקטורי הגדילה בייצור בשר מתורבת ומסייע להגשמת החזון של יצירת בשר ללא צורך בבעלי חיים ולאספקת מזון לאוכלוסיית העולם.
ההשקעה של רשות החדשנות: מפתח להצלחה
פרופ’ שוסיוב מדגיש את חשיבותה של רשות החדשנות להצלחת המחקרים והמיזמים שלו לאורך השנים. “זאת אחת מנקודות האור של מדינת ישראל”, הוא אומר. “כדי להגיע למובילות טכנולוגית עולמית חייבים להשקיע בתעשייה, באקדמיה ובשיתופי הפעולה ביניהם. התברכנו במגוון עצום של תוכניות תמיכה, החל מאימון פורצי דרך בשלבים ראשונים, דרך מאגדים משותפים עם האקדמיה, וכמובן בכל תחום החממות הטכנולוגיות. ההישגים של התעשייה הישראלית נובעים במידה רבה מההשקעות ארוכות הטווח האלו”.
בעידן שבו הדאגה לסביבה הופכת קריטית יותר מיום ליום, העבודה של פרופ’ שוסיוב וצוותו מציעה תקווה לעתיד בר-קיימא. עם כל תגלית חדשה, אנו מתקרבים יותר ל”עידן הצמח” – עידן שבו הטבע עצמו מספק לנו את הפתרונות הטכנולוגיים המתקדמים ביותר.
“בעשור האחרון הולך וגדל הצורך של האנושות במוצרים בריאים וטבעיים יותר, במיוחד לאור ההתפתחות הטכנולוגית בתחום הייצור הביולוגי. שימוש בחומרים אורגנים משפר את נצילותם האנרגטית והוא רווח ממשי גם לטבע וגם לאנושות. טכנולוגיות כדוגמת צמחים שמהווים חומר גלם לייצור אריזות מזון מתכלות ישפרו את איכות חיינו וישמרו על הסביבה, תוך פתיחת דלת לעידן חדש של קיימות וחדשנות. רשות החדשנות גאה להוביל את מהפכת האקלים-טק ולתמוך במחקרים פורצי דרך אלו, המשלבים את חוכמת הטבע עם טכנולוגיה מתקדמת, ומביאים פתרונות מעשיים לשוק בתחומים רבים”
דרור בין, מנכ”ל רשות החדשנות