מגמת ביוטכנולוגיה

תחום הביוטכנולוגיה

ביוטכנולוגיה מהווה ענף מדעי נרחב הכולל בתוכו מגוון תחומים: מדע, רפואה, תעשיה, חקלאות, מחשבים ועוד.

במחקר הביוטכנולוגי אנו מנצלים את הידע הביולוגי והיכולת לחקור תהליכים ביולוגיים שונים ברמת התא, הרקמה והאורגניזם תוך שימוש בשיטות מעבדתיות שונות. המחקר המעבדתי משמש לפיתוח טכנולוגיות מתקדמות וייצור מוצר מוגמר בתחומים שונים לרווחת האדם.

לפי התפיסה המדעית של המאה ה – 21, המדע היישומי הוא נדבך-על למדעי הבסיס ומהווה את חוד החנית להתפתחות התעשייה, הרפואה והחקלאות, נוסף על היותו צמת מרכזי בין מדעי הבסיס השונים.

מה המגמה מציעה

המעבדה הביוטכנולוגית מאפשרת ביצוע מחקר איכותי ברמת המחקר האוניברסיטאי. המעבדה מצוידת במכשירים משוכללים, חדישים ומעודכנים לפי צו השעה. 


מטרת העל של המעבדה הביוטכנולוגית הינה לאפשר לתלמידים להתנסות בעולם המרתק של המחקר הביולוגי תוך חשיבה והבנה כי פיתוח הטכנולוגיות המתקדמות מתאפשר על בסיס הידע שנצבר במהלך הניסויים המתבצעים במעבדה.

 

למי המגמה מיועדת

המגמה מיועדת לתלמידי תיכון מכיתה י' עד יב' בעלי זיקה לביוטכנולוגיה, אשר חפצים ללמוד ולהתנסות בעבודת המעבדה.

תלמידי מגמת ביוטכנולוגיה מחויבים להתנסות ביישומים ביוטכנולוגיים במחקר ניסויי במסגרות אקדמיות ובהדרכת אנשי מקצוע בתחומי המדע והטכנולוגי. התלמידים  יבצעו את פרויקט הגמר במסגרת יחידות הלימוד של המגמה ויגישו את תוצאות הניסויים כעבודת גמר בנושא שנבחר.

פרוייקטי גמר

המגמה מציעה מספר נושאים לפרויקט גמר אשר אושרו על ידי הממונה על מגמות עתירות ידע והמפקחת המרכזת של מקצוע הביוטכנולוגיה במשרד החינוך, הגב' יהודית דסקלו.

עבודת הגמר בפרויקטים השונים כוללת:

  • לימוד, התנסות ושימוש בכלים מעבדתיים מתקדמים לגידול תרביות תאים חיים בתנאי מעבדה
  • שימוש בשיטות לאפיון התאים הגדלים במעבדה (צביעות)
  • שימוש בשיטות להפקת חלבונים ובחינת פרופיל הביטוי שלהם (תספיג מערבי, Elisa Assay)
  • יישום עקרונות החקר המדעי לכתיבת עבודת גמר

התכניות מעשירות ומעמיקות את הידע וההתנסות החווייתית של התלמידים בנושאים שונים המשתלבים ומתאימים לתכנית הלימודים במערכות ביוטכנולוגיות.

אנו מקווים כי חווית המחקר תלהיב את סקרנות התלמידים ותעורר בהם שאלות מחקר חדשות  לקידום המחקר המדעי.

פרויקטים מוצעים

תגובת תאים מזדקנים לתנאי עקה

תופעת הזדקנות תאים המתרחשת כחלק מתהליך הזיקנה של האורגניזם נחקרת מזה שנים רבות, תוך רצון ללמוד על התהליכים המאפיינים את התהליך ולפתח פתרונות יישומיים להארכת תוחלת החיים של האדם. לכן, חברות ביוטכנולוגיה רבות משקיעות משאבים רבים במטרה להבין מהם הגורמים האחראיים לכך וכיצד אפשר להאט את תהליך ההזדקנות בגוף.

על מנת ללמוד על תהליכים המתרחשים ברמת התא, החוקרים משתמשים בתרביות תאים, כלומר תאים הגדלים בתנאי מעבדה המחקים את התנאים הקיימים בגוף. למעט תאים שעברו תהליכי התמרה סרטנית, רוב התאים בתרבית הינם בעלי יכולת חלוקת תא מוגבלת. לכן, לאחר מספר מסוים של חלוקות, התא מאבד לצמיתות את היכולת להתחלק ולהתרבות ונכנס לשלב המוגדר כ"הזדקנות תאית". תאים מזדקנים הינם תאים חיים המאופיינים בהפעלת שרשרת תגובה לנזקי דנ"א, בעלי פעילות מטבולית גבוהה ועלייה ביכולת ההפרשה של גורמי דלקת.

מטרת המחקר: לבחון את תגובת התאים המזדקנים לתנאי עקה שונים וללמוד על רגישותם לעקה מסוימת בהשוואה לתאים צעירים.

 

בתמונה תאים פיברובלסטים צעירים (Young) ומזדקנים (Old) לאחר צביעת פעילות האנזים בטא – גלקטוזידאז המתבטאת באזורים הצבועים בכחול מסביב לגרעין התא. 

הפקת מוצרים טבעיים מאצות לשימוש בתעשיית המזון והקוסמטיקה

בעשור האחרון ניכרת תנופה בהקמת חוות לגידול אצות לצורכי רפואה, קוסמטיקה ומזון ברחבי העולם ובישראל. מחקרים מדעיים אודות אצות שפכו אור על התוצרים הטבעיים שהאצות מייצרות כגון פיקואריתרין ופוליסכריד רב סוכר ועל שימושיהם בתחומים השונים, וכך הקנו להם ערך רפואי וכלכלי גבוה.

 במהלך פרויקט הגמר, התלמידים חוקרים את האצה Porphyridium cruentum תחת השפעת גורם סביבתי אחד (עוצמות אור, אורכי גל, ריכוז CO2, ריכוז נוטיריינטים – חנקן, גופרית, ברזל, ריכוז מליחות, מעכבי גידולי הרביצידים ואנטיביוטיקה) על המשתנים התלויים הבאים:

התרבות, ריכוז הפיגמנט פיקואריתרין, ריכוז כלורופיל, צמיגות פוליסכריד וביטוי החלבון Rubisco (אנזים מרכזי הפעיל בתהליך הפוטוסינתזה) בשיטת תספיג מערבי ועוד. 

התלמידים נחשפים להיבטים הביולוגים של גידול האצות, לריאקטורים לגידול, לתהליך גמלון על כל היבטיו וכן לתהליך הפקת המוצרים המשמשים חומרי גלם בעל ערך גבוה בתעשיות. בדרך זו, התלמידים לומדים את המשמעות של ביוטכנולוגיה מהרעיון הביולוגי עד המוצר הביוטכנולוגי שנמצא על המדף שכן ניתן לרכוש מוצרים שונים.

מטרת המחקר: לבחון את השפעת הגורם הסביבתי אליו נחשפות האצות על תוצריהן הטבעיים על מנת להסיק מהם התנאים האופטימליים לגידולן בתעשייה. 

שימוש בחומרים צמחיים כטיפול בתאי סרטן

מחלת הסרטן מהווה גורם מוות עיקרי שני ברחבי העולם וממשיכה להתפשט במדינות השונות למרות התקדמות הרפואה הקונבנציונלית. 

במסגרת הטיפול הקונבנציונלי (כימותרפיה והקרנות) למחלת הסרטן, נפגעים גם התאים הנורמליים בגוף ולכן המגמה הרווחת היום הינה פיתוח טיפול מותאם אישית כנגד תאי הסרטן ושימוש בחומרים שיפגעו סלקטיבית בהם מבלי לגרום נזק לתאים הנורמליים. 

במהלך עשרות השנים האחרונות, התפתחו מספר שיטות משלימות ואלטרנטיביות בכדי להילחם במחלת הסרטן ברחבי העולם כולו, ואחת מהן היא הרפואה הסינית המסורתית אשר קיימת ברחבי אסיה באלפי השנים האחרונות. כיום, חולי סרטן רבים משתמשים בצמחי מרפא סיניים כטיפול אלטרנטיבי בשל יעילותו ועצם העובדה שהוא חסר תופעות לוואי חמורות. צמחי המרפא הסיניים מראים פעילות אנטי-סרטנית בעיכוב התפתחות, התרבות, יצירת כלי דם חדשים והופעת גרורות בחולים. 

במהלך פרויקט הגמר, התלמידים יבדקו את השפעת החומרים הצמחיים על תאי סרטן הגדלים בתרבית ויבחנו את שרידות התאים ואת פרופיל הביטוי של החלבונים המעורבים במוות תא או במחזור התא. 

מטרת המחקר: לבחון את תגובת התאים הסרטניים לחומרים צמחיים וללמוד על התהליכים המתרחשים ברמת התא עקב הוספתם לסביבת הגידול של התאים.

הפקת חלבון רקומביננטי ובדיקת פעילותו

אלפא-1-אנטיטריפסין הינו חלבון הומני המיוצר ברובו בתאי כבד (הפטוציטים) ומופרש אל מחזור הדם באופן קבוע. החלבון בעל מבנה גלובולרי הכולל במבנה שלו אתר ספציפי הנקרא Reactive center loop. באמצעות אתר זה, החלבון קושר סרין פרוטאזות (אנזימים מפרקי חלבונים) ומעכב את פעילותם האנזימטית, למשל אלפא-1-אנטיטריפסין מעכב אלסטאז המיוצר בתאי דם לבנים מסוג ניוטרופילים (Neutrophil Elastase) כמתואר באיור מספר 1. כך, אלפא-1-אנטיטריפסין מונע הרס רקמות דרך עיכוב אותן פרוטאזות. מחקרים מצאו כי מוטציה באתר התגובה הספציפי פוגעת ביכולת האלפא-1-אנטיטרפסין לקשור ולעכב פרוטאזות.

פגם גנטי מולד באלפא-1-אנטיטריפסין גורם למחלה הנקראת חוסר באלפא-1-אנטיטריפסין ומתבטאת בפגיעה בפעילות החלבון. כתוצאה מכך, קיימת פעילות יתר של הפרוטאזות המשוחררות מנויטרופילים, הגורמת להרס רקמת הריאה ולנפחת ריאות. חולים הסובלים מחוסר באלפא-1-אנטיטריפסין מטופלים אחת לשבוע בקבלת עירוי של אלפא-1-אנטיטריפסין הומני, במטרה לייצב את רמות החלבון בגוף ולמנוע הרס של הרקמה.

להבדיל מההורמון אינסולין המיוצר באופן רקומביננטי, הדרך היחידה לקבל את החלבון אלפא-1-אנטיטריפסין כשהוא מוכן להזרקה הינה הפקת החלבון מפלסמה שמקורה באדם. על אף המאגר העולמי של אלפא-1-אנטיטירפסין הומני אשר מתחדש כל הזמן, מצד שני ישנה עלייה בכמות החולים בעולם. כתוצאה מכך כמויות החלבון הקיימות לשימוש הולכות ואוזלות ועולה צורך דחוף לייצר חלבון רקומביננטי באופן מסחרי ובכמויות גדולות. לפיכך, חברות תרופות מסחריות משקיעות משאבים רבים בייצור חלבון זהה לחלבון ההומני ויתרה מכך, יעיל יותר בפעילותו.

פיתוח ייצור חלבון רקומביננטי הינו תהליך ארוך ומורכב, אשר כולל שלבים רבים ובסיומם בדיקת תפקוד החלבון בהשוואה לחלבון האנושי המקורי. במקרה של אלפא-1-אנטיטירפסין נבדקים מספר פרמטרים וביניהם: יכולת עיכוב פרוטאזות, זמן מחצית חיים, פעילות אנטי-דלקתית, גודל ומבנה החלבון, רצף חומצות האמינו ובדיקות נוספות.

במהלך פרויקט הגמר התלמידים ייחשפו לתכנון, ייצור והפקת חלבונים רקומביננטיים ויבדקו מספר פרמטרים עיקריים במטרה ללמוד ולהסיק על פוטנציאל השימוש המסחרי בחלבון.

מטרת המחקר: להפיק חלבון רקומביננטי בעל מוטציה נקודתית ברצף ובדיקת פעילותו בהשוואה לחלבון מקורי (Wild Type).

למה אנחנו

המגמה הביוטכנולוגית מאפשרת לתלמידים לבצע מחקר איכותי ברמה אוניברסיטאית.

המגמה חרטה על דגלה לקדם את החינוך למחקר בסיסי ביולוגי ויישום התוצאות לפיתוח וייצור טכנולוגיות חדישות בתחום בעיר באר שבע ובמחוז הדרום.

צוות המגמה מסייע בהוראה ובלמידה של שיטות החקר השונות תוך שימת דגש על חדשנות, מקצועיות, מצוינות ובטיחות בעבודה.

צוות המגמה מלווה את התלמידים והמורים החל משלב תכנון והעלאת שאלות החקר, דרך ביצוע המחקר במעבדה ועד לסיום הפרויקט והגשת העבודה הסופית.

צוות המגמה

ד"ר נועה דעי מנהלת מגמת ביוטכנולוגיה
PhD, בעלת נסיון רב בתחומים: גידול תרביות תאים ממקורות שונים (Human, Mouse, Invertebrate), שימוש במיקרוקסופ פלאורונסטי וקונפוקלי, הפרדת חלבונים (Western Blot) וביולוגיה מולקולרית (PCR, Molecular Cloning) ובהדרכה
לילה חן לבורנטית מעבדת ביוטכנולוגיה
בעלת ניסיון רב בניהול מעבדות ביוטכנולוגיה. אחראית על תפקודה השוטף של המעבדה.

מדריכים מקצועיים

מדריכים חיצוניים, סטודנטים ל/בעלי תארים מתקדמים בתחומי ביוטכנולוגיה, רפואה ומדעי החיים. הכיתה מתחלקת לקבוצות של עד 5 תלמידים, ולכל קבוצה מוצמד מדריך מקצועי לליווי בביצוע פרויקט הגמר במעבדות.

כנס "ביו 7"

מאות תלמידי ומורי מגמת ביוטכנולוגיה השתתפו בכנס ביו 7 של המרכז הטכנולוגי. כנס ביו 7 הינו כנס מחוזי, חדשני וראשון מסוגו, ביוזמה של המרכז הטכנולוגי בבאר שבע בשיתוף המכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון

שאלות נפוצות

פרויקט הזדקנות תאית כולל 3 מפגשים במעבדה ואילו פרויקט האצות כולל סיור במפעל ו – 3 מפגשים במעבדה.