Yoav Shechtman

Krill Prize 2021
Technion

Yoav Shechtman – Computational microscopy for observing life on the nanoscale

 

Dr. Shechtman’s research focuses on developing tools for the
observation of life on the nanoscale, for example inside living
cells. At these tiny scales, traditional microscopes suffer from
fundamental limitations on resolution, depth range, and color
imaging.

His research group develop and apply novel optical and
computational methods for enabling new capabilities in
microscopy.

Their view is that fundamental challenges in microscopy can
be overcome by efficient optical encoding combined with
computational extraction of information.

Shechtman’s interdisciplinary group leverages tools ranging
from optical design, through machine learning and additive
manufacturing, to molecular biology, in order to develop the
next generation of computational optical microscopy. Beyond
method development, They are also interested in biological
applications, such as measuring the dynamics of DNA in live
cells and performing ultra-sensitive, single-biomolecule level
diagnostics.

יואב שכטמן

פרס קריל 2021
טכניון

יואב שכטמן (Yoav Shechtman) – מיקרוסקופיה אופטית חישובית לדימות החיים בסקלה ננומטרית.

 

“הדבר המעניין ביותר עבורי הוא להשתמש בכלים הנדסיים וחישוביים כדי לעזור להבין את העולם הביולוגי טוב יותר, ובתקווה גם לסייע לבריאות האדם, ספציפית – על ידי פיתוח הדור הבא של המיקרוסקופיה. במעבדה שלי מפתחים מערכות אופטיות שמקודדות מידע שלרוב נסתר במיקרוסקופים רגילים, למשל מוסיפות עומק לתמונה דו ממדית, או צבע לתמונה אפורה. הדבר מאפשר לנו לצלם מהר יותר, בתלת ממד, בצבעים רבים, וברזולוציה גבוהה מאוד. תמונות שמצולמות במערכת שלנו ייראו מוזר מאוד לאדם )למעשה, בלתי מובנות(. רק לאחר עיבוד המחשב מתגלה המידע שהסתתר בהן.”

 

המחקר של ד”ר שכטמן מתמקד בפיתוח כלים להתבוננות בחיים בסקלה
ננומטרית, למשל בתוך תאים חיים. בקנה מידה זעיר זה, מיקרוסקופים
מסורתיים סובלים ממגבלות עקרוניות על רזולוציה, טווח העומק וראיית
צבע.

קבוצת המחקר במעבדה מפתחת ומיישמת שיטות אופטיות וחישוביות
לאפשר יכולות חדשות במיקרוסקופיה. ד”ר שכטמן כי ניתן להתגבר על
אתגרים מהותיים במיקרוסקופיה על ידי קידוד יעיל של מידע ושחזורו.
הקבוצה הבינתחומית של ד”ר שכטמן מנצלת כלים החל מעיצוב אופטי,
דרך למידת מכונה, הדפסת תלת-ממד, ועד ביולוגיה מולקולרית, במטרה
לפתח את הדור הבא של מיקרוסקופיה אופטית חישובית.

מעבר לפיתוח השיטות עצמן, מתעניין ד”ר שכטמן גם ביישומים
ביולוגיים, כמו מדידת הדינמיקה של DNA בתאים חיים וביצוע אבחונים
ביו-מולקולריים רגישים במיוחד.

 

“במהלך הפוסט-דוקטורט שלי כתבתי קוד מחשב שמבצע אופטימיזציה למערכת אופטית במטרה לגלות קידוד אופטימלי למידע עומקבמיקרוסקופיה. ניסיתי כמה כיוונים שנכשלו, ולבסוף אחד מהם עבד. באותו הרגע מסך המחשב החל להתערפל, אך עד מהרה הבנתי שאלה רק דמעות התרגשות בעיני.”

 

 

Moran Shalev Ben-Ami

Krill Prize 2021
Weizmann Institute

Moran Shalev Ben-Ami – Unveiling the architecture of cellular machineries.

 

Macromolecular machineries residing within our cells are
mediating every aspect of cellular physiology in health
and disease. A key to understanding both intra and extra –
cellular processes lies in visualizing the three-dimensional
architecture of these complex and dynamic cellular
machineries.

Dr. Shalev Ben Ami’s lab specializes in the cuttingedge
technology of single particle-cryogenic electron
microscopy (cryo-EM) which allows direct visualization of
macromolecules.

The recent breakthroughs in the field of cryo-EM have
significantly improved the accuracy – called “resolution” –
that can be obtained through this technology and provided
new exciting opportunities in structural research of large and
flexible complexes.

Dr. Shalev Ben Ami’s research focuses on deciphering the 3D
architecture of protein assemblies in the human brain with
the goal of shedding light on the mechanisms governing
central nervous system diseases.

מורן שלו בן-עמי

פרס קריל 2021
מכון ויצמן

מורן שלו בן-עמי (Moran Shalev Ben Ami) – חקר מבני של מנגנונים תאיים.

 

“מיקרוסקופיה אלקטרונית זה תחום מרתק. האפשרות לצלם תמונות ישירות של מולקולות בפעולה – תמונות, שכשמצרפים אותן זו לזו, מספרות את הסיפור המרתק של אופן פעולתן.”

 

הגוף שלנו מורכב מחלבונים – מכונות זעירות הנמצאות בתאים ומתווכות
את כלל הפעולות הפיזיולוגיות החיוניות לקיום חיים. המפתח להבנת
דרכי הפעולה של מכונות מיניאטוריות אלה הוא מציאת העדשה הנכונה
דרכה ניתן לתעד את סיפורן המורכב והדינמי על ידי צילומן בפעולה.
מעבדת המחקר של ד”ר שלו בן עמי מתמחה בשימוש במיקרוסקופיה
אלקטרונית קריוגנית – טכנולוגיה חדשנית המסוגלת להציג מולקולות
ביולוגיות ברזולוציה כמעט אטומית – כדי לחקור אברונים המצויים
בתאים.

במעבדה חוקרים מורן וצוותה את מבנה החלבונים האחראים לוויסות
תהליכים במערכת העצבים המרכזית בגוף האדם ומנסים לשפוך אור
על המנגנונים המתווכים את התקשורת בין תאי המוח כמו גם את
המנגנונים המולקולריים באמצעותם משפיעות תרופות שונות על מערכת
העצבים המרכזית. המעבדה משלבת מחקר מבני עם ביוכימיה וביולוגיה
מולקולרית, במטרה לשפוך אור על דרכי התקשורת בין תאים בגופינו
בשגרה מחד, ומאידך, לבחון את האופן שבו תקשורת לקויה בין תאים
תורמת להתפתחות מחלות.

 

“כשאת לא עוסקת במחקר? “אני חוזרת לאהבה הראשונה שלי – שירת א-קפלה”

Benyamin Rosental

Krill Prize 2021
Ben-Gurion University

Benyamin Rosental – Comparative Immunology and Stem Cells Transplantation.

 

Dr. Rosental’s research is focusing on tissue acceptance by the
immune system, and stem cell transplantation. Our research
is unique since we are working with non-classical model
organisms to answer basic questions in immunology, for
translating our findings to medical research.

Among the groundbreaking projects in Dr. Rosenthal’s
laboratory, the research about modulating immune system
in blood forming stem cell transplantation (bone marrow
transplantation), to make it a safer process.

Dr. Rosental is looking for the immune system “tipping point”
between tissue regeneration or inflammatory destruction.
While most of the work in the laboratory is focusing on
improving transplantation and modulating the immune system
in medical settings, due to the unique tools developed in the lab,
Dr. Rosental and his team also translate Their research to other
fields. For instance, in a unique project They are attempting to
characterize, isolate and transplant coral stem cells. The idea
is to be able to isolate stem cell from heat resilient individuals
and to transplant to sensitive corals, to enable resilience in the
sensitive individuals in heat stress.

בנימין רוזנטל

פרס קריל 2021
אונ’ בן גוריון שבנגב

בנימין רוזנטל (Benyamin Rosental) – אימונולוגיה השוואתית והשתלת תאי גזע.

 

“אנחנו מנסים להבין את השאלות הבסיסיות של מערכת החיסון בהבחנה בין עצמי ל”עצמי-שונה”. כלומר תאים שלנו שהודבקו בווירוס, עברו התמרה סרטנית, או רקמות שונות בהשתלה, ואפילו תגובת מערכת חיסונית אימהית כלפי רקמות העובר בזמן הריון. מה שמרתק כל כך הוא שכל האורגניזמים יודעים לעשות את התהליכים הללו, אבל אנחנו כמעט לא מבינים “איך”, למרות שזה כל כך חשוב.”

 

המעבדה עוסקת בקבלת רקמות והשתלת תאי גזע בעזרת מודלים של
בעלי חיים ייחודיים, ומה שאנחנו לומדים מהם מתרגמים למחקר רפואי.
המעבדה של ד”ר רוזנטל לומדת את התהליכים הבסיסיים של מערכת
החיסון המולדת בקבלת ודחיית רקמות.

בין המחקרים פורצי הדרך במעבדתו של ד”ר רוזנטל:
מחקר העוסק בשינוי תגובות של מערכת החיסון בהשתלת תאי הגזע של
מערכת הדם (hematopoietic), בעיקר בהשתלת מח עצם. כמו כן מחקר
העוסק בהבנת “נקודת השבר” של מערכת החיסון בין מתן אפשרות של
חידוש הרקמה לתגובה דלקתית אשר מביאה להרס הרקמה.

וכן מחקר ייחודי נוסף המשתמש בידע שלנו בהשתלות תאי גזע בחיות
ימיות, בשביל לבודד ולהשתיל תאי גזע באלמוגים. הרעיון הוא לאפשר
השתלת תאי גזע מפרטים עמידים לעקות חום לפרטים הרגישים, בשביל
לאפשר עמידות לעליית הטמפרטורות בים. בעצם השתלת תאי גזע
כאמצעי להצלת אוכלוסיית האלמוגים משינויי האקלים.

 

מסר לדור הצעיר?
אף אחד לא יכול לעשות מחקר מצוין ללא קולגות וחברים טובים לאורך הדרך. אנחנו נתקדם טוב יותר אם נחלוק מידע ונעזר באנשים, לאורך הקריירה צריך למצוא את אותם האנשים שיקדמו אותכם ושעבודה משותפת איתם תקדם את שני הצדדים. גם הרעיונות שלכם תמיד ישתפרו אם תבדקו את
הרעיונות עם הקולגות מזוויות שונות. מחקר זה גם לא פשוט, הרבה פעמים דברים לא הולכים גם את הדברים הללו חשוב לחלוק עם קולגות ואולי גם תקבלו רעיון טוב לשיפור.

Ido Kaminer

Krill Prize 2021
Technion

Ido Kaminer – Explore the quantum nature of light and its applications.

 

Dr. Kaminer is a physicist that studies the foundations of
quantum mechanics, the frontiers of Photonics, Quantum
Optics, and Electron Microscopy by developing novel
theoretical and experimental methods. He is the head of
the AdQuanta Lab at the Technion, whose research leads
to applications of quantum electrodynamics (QED). Their
discoveries predict new phenomena that arise from
engineering the wavefunctions of matter and of photons in
specific ways that yield physical situations not encountered
in natural settings.

Dr. Kaminer’s lab employs femtosecond lasers in transmission
electron microscopes for new kinds of experiments – they
developed a unique microscope that combines record
resolution in space & time.
Their work on light–matter interactions in nanophotonics
and in 2D materials is leading to disruptive applications for
novel light sources and ultrafast detectors.

עידו קמינר

פרס קריל 2021
טכניון

עידו קמינר (Ido Kaminer) – חקר הטבע הקוונטי של האור ושימושיו.

 

“במהלך התואר הראשון אפשר לומר שממש שנאתי את קורסי הקוונטים. הקורסים נראו לי לא מספיק מקצועיים – מלאים בנקודות רבות שלא הייתה דרך טובה להסביר. עזבתי את תחום הפיזיקה לתקופה בסוף התואר בגלל התחושה שיש מלא חורים ביסודות בתחום. חזרתי מאותה סיבה. כי כשיש חורים ביסודות זה אומר שיש לנו עדיין הרבה עבודה חשובה לעשות בתור חוקרים בתחום.”

 

ד”ר קמינר הוא פיזיקאי החוקר את יסודות מכניקת הקוונטים, הפוטוניקה,
האופטיקה הקוונטית, והמיקרוסקופיה האלקטרונית.

הוא עומד בראש מעבדת AdQuanta אשר מפתחת שיטות תיאורטיות
חדשניות ומערכות ניסוי מתקדמות. מחקריהם הובילו לפיתוח אפליקציות
של אלקטרודינמיקה קוונטית, בין היתר היכולת לחזות תופעות חדשות
הנובעות משליטה בפונקציית הגל של חומר ושל אור בדרכים שמאפשרות
תהליכים פיזיקליים שלא יכולים להתקבל באופן טבעי.

המעבדה של ד”ר קמינר משלבת לייזרים בתחום הפמטושנייה עם
מיקרוסקופי אלקטרונים חודרים בשביל ניסויים חדשניים – שילוב זה
הוביל לפיתוח מיקרוסקופ ייחודי המשיג את שיא העולם ברזולוציה
משולבת של מרחב וזמן.

המחקר של הקבוצה עוסק באינטראקציות אור-חומר בננופוטוניקה
ובחומרים דו-מימדיים ומוביל לאפליקציות פורצות דרך במקורות אור
חדשניים וגלאים אולטרה-מהירים.

 

טיפ לדור הצעיר: תחפשו חידות שאף אחד לא פתר – אלו החידות שהכי קשה אבל גם הכי חשוב והכי מספק לפתור.

Tamir klein

Krill Prize 2021
Weizmann Institute

Tamir klein – Tree eco-physiology in a changing world.

 

The research in Dr. Klein’s lab is dedicated to tree intrinsic
processes, enabling trees to survive under changing
conditions. The research group under Dr. Klein focuses on
dynamic processes of water and carbon transport inside the
tree, and between the tree and its environment, including its
soil microbial partners (fungi and bacteria). The rapid changes
taking place in the environment today, such as the increase
in atmospheric CO2, climate drying and warming, challenge
trees in multiple ways. Due to their sheer size, trees and forests
are a major compartment in Earth’s biosphere, taking part in
its matter recycling.

Dr. Klein measure tree responses to these changes, in
controlled experiments, and in a number of forest research
sites in Israel and beyond. In these studies he characterized
new mechanisms of tree drought resistance, including leaf
and xylem responses, carbon storage as starch, and high light
resistance.

Dr. Klein and his team mapped carbon allocation to different
tree compartments and processes, in multiple trees species
and along time, and found mechanisms facilitating trees to
transfer carbon between them via common belowground
mycorrhizal fungi.

תמיר קליין

פרס קריל 2021
מכון ויצמן

תמיר קליין (Tamir klein) – אקו-פיזיולוגיה של עצים בעולם משתנה.

 

 

“גדלתי ביער אורנים, כיון שהורי בנו את ביתם בתוך היער. היער היה מגרש המשחקים שלי ושל אחיותיי. מארג היחסים המורכב בין צמחים וחיות בטבע תמיד משך אותי. קוסמת לי האפשרות לחקור, לגלות ולהבין עצים, שהם חלק משמעותי מעולם הטבע, ואחד היפים שבו. האפשרות לראות את דרכי ההתמודדות של יצורים נייחים עם שינויים קיצוניים, ואת חלקם במערכת אקולוגית שלמה ועשירה.”

 

המחקר במעבדתו של ד”ר קליין עוסק בתהליכים הפנימיים המתרחשים
בתוך עצים ומאפשרים להם לשרוד בתנאים משתנים. קבוצת המחקר
תחת ד”ר קליין מתמקדת בתהליכים דינמיים של מעבר מים ופחמן בתוך
העץ ובין העץ לסביבתו, לרבות שותפיו המיקרוביולוגיים בקרקע )פטריות
וחיידקים(. השינויים המהירים החלים בסביבה כיום, כגון עליית ריכוז
הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, התייבשות האקלים והתחממותו,
מציבים אתגרים רבים בפני העצים.

בגלל גודלם, עצים ויערות מהווים נדבך עיקרי בביוספרה של כדור-הארץ
ומשתתפים במיחזור החומרים בו. במעבדה מודדים את תגובות העצים
לשינויים אלו בניסויים מבוקרים וכן במספר אתרי מחקר ביערות בארץ
ובעולם.

במסגרת מחקרים אלו במעבדה אפיינו מנגנונים חדשים לעמידות עצים
בפני יובש, כולל תגובות בעלים ובצינוריות העצה, אגירת פחמן כעמילן,
והתמודדות עם קרינה גבוהה.

מיפינו את הקצאת הפחמן לאיברים ותהליכים שונים בעץ במינים שונים
ולאורך זמן, וגילו מנגנונים המאפשרים לעצים להעביר פחמן מאחד לשני
דרך רשתות של פטריות מיקוריזה משותפות מתחת לקרקע היער.