ד"ר שריאל היבנר,ראש המעבדה לגנומיקה ואבולוציה בצמחים במכון המחקר מיגל
עבור חלק גדול מאזרחי העולם, מזון איננו דבר מובן מאליו. למעשה, אנו עדים כבר היום לתוצאות הקשות של משבר המזון, כשבאזורים רבים ברחבי העולם קיימת מצוקה אמיתית וחוסר ביטחון תזונתי הבא לידי ביטוי בגלי הגירה, בתהפוכות פוליטיות ובמלחמות עקובות מדם על שליטה במעט שיש.
לא בכדי הוכרזה לאחרונה 'תכנית המזון העולמית של האו"ם' כזוכה השנה בפרס נובל לשלום (2020) אך פרסים לבדם לא נותנים מענה לאתגר העצום בעוד הזמן למציאת פתרונות אוזל ומהר.
אמנם למרבית האנשים במדינות המפותחות, וישראל ביניהן, המזון קיים בשפע לפחות ברמת המדינה, למרות שברמת הפרט המשבר הכלכלי המלווה אותנו מערער את ביטחון המזון גם אצלנו.
יחד עם זאת, הגידול המתמשך באוכלוסיית העולם וההאטה בתוספת היבול השנתית בגידולים המרכזיים, הביאו לתחזיות קודרות לגבי העתיד.
על פי רוב ההערכות, יש צורך להכפיל (ואף יותר) את כמות המזון על פני כדור הארץ בכדי לספק את התצרוכת הצפויה של כ-9 מיליארד בני אדם שיאכלסו את העולם בעוד דור אחד.
על מנת להתמודד עם אתגר זה, יש צורך בהנעת תהליכים משמעותיים, אך קבלת ההחלטות ברמה הגלובאלית נמצאת בעיקר בידיים של המדינות המפותחות שאינן מושפעות באופן ישיר ממחסור במזון, ומעדיפות בעיקר מסיבות פוליטיות, להשקיע משאבים בטיפול בסימפטומים (למשל הגירה) ולא בבעיה עצמה.
אי לכך, השקעה בטיפול במחסור עתידי במזון נדחק על ידי מקבלי ההחלטות בפני בעיות דחופות יותר אך לעיתים חשובות פחות בטווח הארוך.
יש לזכור כי ביטחון מזון ואף שפע במדינות המפותחות הוא תוצאה של תפנית גדולה שהתרחשה במחצית המאה הקודמת, אז פותחו זני עלית במספר גידולים ובעיקר בחיטה ואורז המניבים הרבה יותר מהזנים המסורתיים. תוספת זו, הביאה לצניחה במחירי המזון ולעליה דרמטית בזמינותו. בעשורים שבאו לאחר מכן נראה היה כי בעיות המזון בעולם הגיעו לקיצן ועידן חדש של שפע (ובזבוז) החל. בשנים האחרונות החלו להופיע מגמות המצביעות על ניצני המשבר הבא ואותותיו הולכים ומתגברים בקצב עולה.
אחת האפשרויות הקלות והמהירות להגדלת הייצור החקלאי היא על ידי הרחבת השטחים המעובדים ברחבי העולם, אך המחיר הסביבתי הוא עצום מאחר והמשמעות היא כריתת יערות רבים ואובדן מגוון ביולוגי חשוב.
אם כך, האתגר הוא להכפיל את ייצור המזון עם פחות משאבים תוך מזעור הפגיעה בסביבה.
האפשרות הידידותית ביותר להתמודדות עם האתגר היא באמצעות שיפור והתאמת הזנים הקיימים, כך שניתן יהיה לגדל תבואות במגוון רחב של תנאים אקלימיים, כולל כאלו הנחשבים לקשים.
יחד עם זאת, קצב הפיתוח של זנים בשיטות המסורתיות איטי מדי והשחיקה במגוון הגנטי העומד לרשות המטפחים מקשה אף יותר על התקדמות אפקטיבית בתהליך.
אחת הדרכים להאיץ את תהליך פיתוח הזנים המשופרים היא על ידי שימוש בסמנים גנטייםהיכולים להעיד על תכונה רצויה. האפיון הגנטי הינו תהליך פשוט יחסית הנעשה במעבדה ומאפשר לסרוק אלפי צמחים ביעילות.
כך ניתן לפתח זן חדש בפחות ממחצית הזמן הנדרש לפיתוח זן ללא שימוש בסמנים הגנטיים ומאחר והתהליך כולל אפיון בלבד, לא נדרשת הנדסה גנטית ונמנעת ההתנגדות הציבורית והקשיים הרגולטוריים הנלווים. גישה זו מיושמת בהצלחה רבה בתהליך הטיפוח וההשבחה של מרבית הגידולים החקלאיים אך המחסור במגוון גנטי, במיוחד של תכונות רצויות שאבדו בזני העלית, מהווה צוואר בקבוק בפיתוח זנים חדשים.
כיוון מעניין לאיתור מגוון גנטי חדש הוא בקרובי הבר של גידולים חקלאיים בהם השתמרו תכונות רצויות כמו עמידות ליובש ועוד.
על אף שגישה זו איננה חדשה (הוצעה כבר לפני יותר ממאה שנים), התהליך לאיתור התכונות ופיתוח הסמנים הוא מורכב וארוך.
הודות לפריצות דרך טכנולוגיות בתחום הגנומיקה והמחשוב האינטנסיבי (סביבת ענן), ניתן לאתר סמנים גנטיים לתכונות רצויות במהירות וברמת דיוק גבוהה.
התהליך כולל בדרך כלל בניית אוסף מגוון של מין הבר ואפיון הגנום של כל אחד מהפרטים באוסף.
מאחר ומדובר בכמות גדולה של פרטים (מאות ואף אלפים) והגנום של כל אחד מהפרטים מכיל מידע רב המקודד בעזרת מיליארדי מקטעים, מדובר על עיבוד כמויות מידע אסטרונומיות.
לדוגמא באחד הפרויקטים במעבדה הבוחן מידע גנומי באוסף שעורת בר, התקבל מידע בנפח של כ-10 טריליארד = טריליון (אלף פעמים מיליארד) נתונים שצריך לעבד ולנתח על מנת לאתר נקודה בודדת בגנום היכולה לשמש כסמן גנטי לתכונה רצויה.
ההגדרה "מחט בערמה של שחת" מקבלת משמעות חדשה.
לשם כך, יש צורך במחשבי על וסביבת ענן, ומעורבות משמעותית של אלגוריתמים מתקדמים המאפשרים לאתר את הסמן מבלי לגרום לקריסת מערכות המחשוב. השימוש בכלים חישוביים מתקדמים לפתרון בעיות ביולוגיות הופך להיות נפוץ ומהווה את השלב הבא בכל לימודי מדעי החיים והחקלאות. מסיבה זו, אנו משלבים כבר עכשיו בתוכניות הלימודים במכללת תל-חי קורסים בתכנות ועיבוד נתונים ומפתחים יכולות חישוביות גבוהות בקרב הסטודנטים.
פריצת דרך נוספת שגם כן זיכתה בפרס נובל (2020), היא הטכנולוגיה לעריכה גנומית המאפשרת לתכנן ולעצב את התכונות של גידולים חקלאיים כך שיהיו מניבים, מזינים ובריאים יותר.
זו ללא ספק אחת מפריצות הדרך החשובות בזמננו התורמת לאופטימיות ביכולת האנושות להתמודד עם משבר המזון העולמי בדרכים ידידותיות לסביבה.
טכנולוגיה זו תלויה באופן קריטי ביכולת לזהות במדויק את הבסיס הגנטי של תכונה רצויה ולכן איתור וזיהוי ברזולוציה גבוהה הם שלבים מהותיים ביישום טכנולוגיה זו.
קצת לפני מגפת הקורונה, שבתי מביקור באוגנדה כחלק ממיזם עולמי של הקרן Global Crop Diversity Trust השם לעצמו למטרה לפתח כלים ואמצעים טכנולוגיים, שיאפשרו להתמודד עם בעיית ביטחון המזון בעולם באופן ידידותי ולאורך זמן.
המיזם משלב מדינות מפותחות ומתפתחות למרות הפער העצום באמצעים והידע בין השותפים.
תרומתם של מכון המחקר מיג”ל והמכללה האקדמית תל חי למיזם הבינלאומי היא בפיתוח כלים חישוביים מתקדמים לאיתור סמנים גנטיים במספר גידולים חקלאיים, ועזרה בעיבוד הנתונים הגנטיים המתקבלים מהשדות השונים באוגנדה, הודו, וארגנטינה.
על ידי שימוש באלגוריתמים סטטיסטיים שמפתחים אצלנו במעבדה, ניתן לסרוק מיליארדי נתונים בזמן קצר ולהאיץ את תהליך פיתוח הזנים המניבים והמוצלחים.
הערך המוסף בעבודה המשותפת של מעבדות ממדינות מפותחות ומדינות מתפתחות מאפשר להתמודד, ביחד, עם אחד האתגרים הגדולים הניצבים בפני האנושות.
