מעבדות הזמן
"לגור בבניין חי": החוקרות שממציאות מחדש את תעשיית הבטון עם חיידקים חכמים
חיידקים מהונדסים גנטית, שמפתחים במכון סקוג'ן לביולוגיה סינתטית באוניברסיטת רייכמן בהרצליה, עשויים לפרק ולבנות מחדש את תעשיית הבטון המסורתית. הם מסוגלים להפוך פסולת בנייה ל"בטון חי", שיודע לתקן סדקים, לשמור על הטמפרטורה בתוך הבניין, ולספוח פחמן דו-חמצני במקום לפלוט אותו. ד"ר אילנה קולודקין-גל, שמובילה את המחקר: "אני רוצה שכל הבניינים יהיו פיקס, בלי סדקים ותקלות, להשאיר לילדים שלי מורשת"
"את הביצה הזו ייצרו חיידקים לבד במעבדה שלי לפני 3 שנים", כך מספרת ד"ר אילנה קולודקין-גל, מרצה בכירה וחוקרת במכון סקוג'ן לביולוגיה סינתטית באוניברסיטת רייכמן, ומציגה לראווה את אחד התוצרים, שעומדים בבסיס המחקר שלה.
הביצה, שמציגה ד"ר קולודקין-גל, נוצרה מגרגרי חול, שחיידקים מהונדסים גנטית גיבשו לבדם לחומר מוצק. היא נראית לכאורה כמו תוצר שולי, אבל מאחוריה עומד מחקר יוצא דופן ומרתק, שמנסה להמציא מחדש את תעשיית הבטון העולמית. המטרה: ליצור "בטון חי", שיודע לתקן את עצמו, לשמור על בידוד, ועל הדרך לפתור כמה מהבעיות הקשות שתעשיית הבטון המסורתית מייצרת לעולם.
הבעיה מתחילה כבר בייצור: הבטון פולט כמויות אדירות של פחמן דו-חמצני, גם בייצורו וגם בחציבת החול לתערובות. והיא לא נגמרת כשהבניין כבר עומד - הבטון נסדק, מתפורר, ומתגלה כחומר שלא שורד לאורך זמן. במכון סקוג'ן מציעים אלטרנטיבה: בניין חי, שקירותיו עשויים מחיידקים מהונדסים. במקום לפלוט פחמן דו-חמצני הם סופחים אותו, שומרים על טמפרטורה קבועה בתוך הבניין, וכשהוא נסדק - הם פשוט מתקנים את עצמם.
מתכנתים מחדש את אתר הבנייה
"ביולוגיה סינתטית הוא ענף מדעי חדש שמבוסס על ביולוגיה, ומשלב בתוכו הנדסה, כימיה, פיזיקה ובעיקר מדעי המחשב", מסביר פרופ' יוסי שחם-דיאמנט, מנהל המכון. "בביולוגיה הקלאסית אתה מטפל בבעיה, מגדל צמח, מרפא מחלה. בביולוגיה סינתטית אתה עובד בשיטות הנדסיות - אנחנו מסתכלים על חיידקים כעל משהו שאפשר לתכנת מחדש, שיעשה דברים עבורנו".
ד"ר הדסה וטרמן, ראש תחום ביוטק בקבוצת ארליך, מנסחת את זה בפשטות: "זה תחום שבעצם כמעט אומר - נעשה יש מאין. מה שאתה מדמיין שהטבע מייצר, אתה יכול עכשיו לעשות במבחנה בצורה מאוד מתוחכמת ומורכבת".
בפועל, זה נראה כך: חיידקים שמגבשים חול וגרגרים סביבם לחומר מוצק שממשיך לחיות שנים, מתקן את עצמו, ואפילו מכיל חיידקים פרוביוטיים - "אז אם בא לכם לאכול אותו, חופשי", אומרת קולודקין-גל בחיוך. הצוות כבר הצליח לגבש בעזרתם גם פסולת בנייה, ואפילו חומרים רעילים כמו פחם, לחומר דמוי בטון - תוך שהוא סופג פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה בתהליך.
"מדובר בתהליך של כמה ימים בודדים, ואנחנו יכולים להגיע לתוצרים בקנה מידה שנתפס בעין אנושית", אומרת עדי אושפה, חוקרת ומעצבת במכון. "בתור מעצבת שרגילה לקנה מידה מאוד גדול ולא נכנסת למיקרוסקופ, זה פוטנציאל אדיר לסקיילינג-אפ של חומרים מבוססי מיקרואורגניזמים".
כדי להגיע לחיידק שיודע לגבש קירות ומבנים מורכבים, צריך "לאלף" אותו במעבדה - בעיקר באמצעות עריכה גנטית. "אתה רוצה לקחת את החיידק, להתייחס אליו כאל קנבס, ולגרום לו לעשות מה שאתה רוצה", מסבירה קולודקין-גל. "לחיידקים יש גנום, וכשהם יודעים לייצר חומרים דמויי בטון, אתה רוצה להגביר את היכולת הזו בתנאים שרלוונטיים לתעשיית הבנייה בפועל - ולא רק על מדיום סינתטי מסוכר, כי אף אחד לא יאכיל חיידקים בסוכר באתר בנייה".
השלב הבא: לערבב את הזנים המשופרים בפסולת בנייה או בחומרי מוצא, ולבדוק כמה זמן לוקח להם ליצור חומר דמוי בטון וכמה זמן הוא שורד. "יש לנו חומרים שחיים שנים במעבדה - הסיבה שאנחנו לא יודעים כמה שנים זה שהמעבדה עדיין קיימת", אומרת קולודקין-גל. השלב שאחריו הוא כבר תעשייתי לגמרי: לגדל את החיידקים בפרמנטציה בנפח גדול, לייבש אותם לאבקה, ולהוסיף אותה לתערובת בנייה קיימת.
תגלית מקרית: חיידקים שעוצרים חלודה
תוך כדי העבודה על הבטון החי, הצוות גילה במקרה שהחיידק שהם עובדים איתו יודע גם למנוע חלודה - תגלית שפותחת אפיק מחקר חדש לתעשייה ענקית נוספת.
אביחי-חיים נהמי, סטודנט לתואר שני במכון, יצא לבדוק את זה בשטח: "בסביבה של מי ים, קורוזיה היא הבעיה העולמית הכי גדולה שיש - תעשייה שמשקיעים בה כמה מיליארדים בשנה רק כדי לתחזק ספינות. הלכתי לחוף בהרצליה, נכנסתי למים, אספתי כמה ליטרים טובים, ושמתי אותם לתוך המים".
הוא ערבב חיידקים שונים מהסביבה הימית עם החיידק המועיל של המכון, ובדק באיזה שילוב מצטמצמת החלודה. "הוא הוכיח מעל לכל ספק שביחד, השלם גדול מסכום חלקיו", אומרת קולודקין-גל. "החיידק שאנחנו עובדים איתו מונע חלודה במידה מסוימת לבד, וכשהוא פוגש שותפים מתאימים מהסביבה הימית - מניעת החלודה הרבה יותר משמעותית, לאורך זמן וסקיילאבילית".
"מה שאנחנו רואים זה מי ים בלי חיידקים, בלי שום אורגניזם חי - ושם מתפתחת קורוזיה. לעומת זאת, ברגע ששמנו את החיידקים שלנו, לא התפתחה שום קורוזיה", מוסיף נהמי. קולודקין-גל: "בגדול אנחנו מציעים יצור חי שסורק בכוחות עצמו את השטח, נדבק לאזור הכי פגיע ומצפה אותו, ומוכן לחדש את הציפוי כל פעם שיש בו פגם. הנדסנו את החבורה לעבוד יחד - אפילו לא היינו צריכים לשנות אותם, רק מצאנו את השותפים האידיאליים".
לצד האתגר המדעי, יש אתגר משפטי לא פשוט: איך רושמים פטנט על משהו שכבר קיים בטבע? "לקחת חיידקים שקיימים בטבע ולעשות קומבינציות שלא קיימות בטבע - זה כבר יוצר חומר שלא קיים בטבע", אומרת וטרמן. "לקחת A מסביבה X ו-B מסביבה Y, לצרף אותם - יש לך קומבינציה חדשה, ועליה אפשר לקבל פטנט. אפילו על חיידק שלא עשית לו מניפולציה, בתנאי שיצרת משהו שלא קיים בטבע וקרוב לוודאי גם לא היה יכול להתקיים בטבע".
זה לא פשוט: בארה"ב יש סעיף חוק שנקרא 101 שאוסר לפטנט חומרי טבע, ולכן צריך להוכיח לבוחן שהקומבינציה חוצה את הרף הזה. "בפרויקטים האלה כבר רואים את הסוף בשלב מאוד ראשוני של הגשת ה-Provisional - רואים משהו שיהיה טוב אם יקבלו אותו, ויש עליו תוצאות", אומרת וטרמן.
האתגר האמיתי: ליצור "בטון חכם" במחיר סביר
גם אם המדע עובד, נשאר האתגר הגדול מכולם: בטון הוא מוצר זול מאוד, ומחירו "נושק לרצפה". איך יתחרה בו חומר מתוחכם ויקר יותר?
"אנחנו מדברים על אתגר מהותי, כי בסקאלת הייצור הזאת כל עליית מחיר משמעותית מאוד ליצרן. זה יכול להיות קצת יותר יקר, לא הרבה יותר יקר - ופה האתגר שאנחנו נמצאים בו", אומרת קולודקין-גל. היעד: להגיע תוך שלוש שנים לחומר שרק "קצת יותר יקר" מבטון רגיל, עם added value גדול בהרבה - שיוכל להחליף חלקים לא נושאי משקל בבניין.
"המטרה היא שבסוף תייצר חיידקים, תוסיף אותם לתערובת בנייה קיימת במפעל קיים שיתחבר אלינו כדי לעשות את זה ביחד", היא מסכמת. "אני לא אהיה פה עוד 50 או 60 שנה לראות אם הבניינים נשמרים בדיוק במצב. הייתי רוצה שלילדים שלי, כל הבניינים שנבנו מהחומר הזה יהיו פיקס - בלי סדקים, בלי תקלות, עם יותר לגאסי".
