איתן דומאני

איתן דומאני (נולד ב-21 במאי 1947) הוא פיזיקאי וביואינפורמטיקן ישראלי, פרופסור אמריטוס בפקולטה לפיזיקה במכון ויצמן למדע. מומחה לפיזיקה סטטיסטית ולפיתוח שיטות חישוביות בביולוגיה מולקולרית וחקר הסרטן. כיהן כיו"ר מועצת הפרופסורים וכיו"ר המועצה המדעית של המכון.

 ביוגרפיה 
איתן דומאני נולד בבודפשט, בנם של אולגה (לבית שטיינר) ואנדרה דומאני, ניצולי השואה. רבים מקרובי משפחתו נרצחו בשואה.

עלה לישראל עם משפחתו ביולי 1957. הם התיישבו בקיבוץ דן ולאחר מכן בגבעתיים, שם שיחק דומאני בקבוצת הנערים של הפועל רמת גן.

ב-1965 התגייס לצה"ל במסלול העתודה האקדמית והחל את לימודי התואר הראשון בפיזיקה באוניברסיטת תל אביב, שם נמנה עם בוגרי המחזור השני בבית הספר לפיזיקה. לאחר שירותו הצבאי, למד לתואר שני בפיזיקה במכון ויצמן למדע, בהנחיית פרופ' מיכאל קירסון. את לימודי התואר השלישי השלים באוניברסיטת קורנל. עבודת הדוקטורט שלו, בהנחיית פרופ' מייקל פישר , עסקה בתופעות מולטי-קריטיות במערכות מגנטיות, והושלמה בינואר 1977. במקביל לדוקטורט שימש כעוזר מחקר של פרופ' ג'יימס קרומהנזל  וכעוזר הוראה של פרופ' הנס בתה.

לאחר מכן ביצע מחקר בתר-דוקטורט באוניברסיטת וושינגטון, שם גם היה חבר סגל במשך כשנה אחת. עם שובו לישראל ב-1979 הצטרף לפקולטה לפיזיקה בדרגת חוקר בכיר, וב-1982 היה לפרופסור חבר. ב-1986 הפך לפרופסור מן המניין.

בשנות ה-90 כיהן כראש המחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות ובין 1999–2001 כיו"ר מועצת הפרופסורים של המכון. ב-2006 נבחר למנהלו הראשון של המרכז ע"ש משפחת קאהן לחקר ביולוגיה של מערכות בתאי אדם. בשנים 2010–2013 כיהן כיושב ראש המועצה המדעית של המכון וב-2017 יצא לגמלאות, אך המשיך במחקר פעיל. היה חבר הוועדה לפיזיקה סטטיסטית של הארגון הבין לאומי לפיזיקה טהורה ויישומית (IUPAP) ׁׁוכחבר מערכת בעיתונים מדעיים שונים. במרוצת השנים שימש כפרופסור אורח באוניברסיטאות סטנפורד ואוקספורד, מכון קורי , אוניברסיטת הונג קונג למדע וטכנולוגיה, המעבדה הלאומית לוס אלמוס, ועוד.

 מחקר 
ברוב שנות המחקר שלו דומאני עסק בפיזיקה עיונית: חקר תופעות קריטיות  ומעברי פאזה, בעיקר בשיטות של חבורת רנורמליזציה . עסק גם ברשתות עצביות, קיפול חלבונים ופיזיקה חישובית. עם פריצות הדרך המשמעותיות שהחלו בעקבות פיענוח הגנום האנושי, הוא עבר לתחום הביולוגיה החישובית ועסק בפיתוח שיטות וכלים חישוביים להפקת מידע מנתונים ביולוגיים בקנה מידה רחב. האלגוריתמים החישוביים שפותחו בקבוצתו יושמו על תוצאות ניסיוניות שהתקבלו משיתופי פעולה עם מעבדות מחקר אקדמיים ומרכזים רפואיים, בישראל ומחוצה לה. עיקר המאמץ היה בחקר סרטן מתוך נתוני התבטאות גנים שמתקבלים ממערכי DNA. נושאי מחקר נוספים של דומאני כוללים פיתוח שבבי אנטיגנים לגילוי ואפיון מחלות אוטו-אימוניות, חקר מנגנוני תגובה של תאים לגירוי ביוכימי, ועוד.

 פיזיקה סטטיסטית 
דומאני ושותפיו למחקר השתמשו בשיטות שונות לחקר תופעות קריטיות ומעברי פאזה: חבורת רנורמליזציה ב- ממדים; שימוש בסימטריה לסיווג מעברי סדר-אי סדר  בשכבות חד-אטומיות מסופחות על פני גבישים, שהוביל לגילוי ריאליזציות פיזיקליות של מודלים עיוניים שונים בשני ממדים, וכן לגילוי מערכות פיזיקליות המממשות את מודל פוטס עם 3 ו-4 מצבים ב-2 ו-3 ממדים. בתחום מודלים עם אינטראקציות אקראיות, דומאני ושותפיו חישבו במדויק את נקודת מעבר הפאזה עבור מודלי פוטס בשני ממדים, וגילו היעדר מיצוע עצמי במערכות לא מסודרות בנקודה הקריטית. תוך שימוש בחבורת רנורמליזציה לפתרון בעיות קוונטיות הם חישבו את ספקטרום האנרגיה של חלקיק הנע בסריגים פרקטליים, וחקרו לוקליזציה של אנדרסון  בשניים ושלושה ממדים. על ידי מיפוי צעדי זמן בדידים לממד מרחבי, דומאני קישר דינמיקה של מערכות ב-d ממדים לבעיית שיווי משקל המוגדרת על סריג d+1 ממדי, ובדרך זו הציג תוצאות מדויקות למודל איזינג תלת־ממדי עם אינטראקציות של שכנים קרובים. כמו כן, הוגדר בדרך זו מודל מוכלל לחלחול מכוון (Domany-Kinzel model) וחושבה דיאגרמת הפאזות שלו. דומאני ושותפיו גילו שבשני ממדים מודלים עם סימטריה O(n) שקולים למודל של לולאות. תוצאות מדויקות הוצגו עבור מודל TASEP בממד אחד. כמו כן נחקרו ואופיינו פאזות של זכוכיות ספין. במהלך לימודי הדוקטורט עסק גם בפיזור גלים אלסטיים על ידי פגמים.

 רשתות עצביות 
דומאני ותלמידיו המציאו אלגוריתם למידה חדשני ויעיל עבור רשתות עצביות שכבתיות עם הזנה חד-כיוונית. קריטריון עצירה מדויק חושב עבור פרספטרון המנסה ללמוד בעיה בלתי פתירה. כמו כן, הוצע שימוש ברשת עצבית לניתוח נתונים ניסיוניים בחקר חלקיקים אלמנטריים.

 קיפול חלבונים 
דומאני ושותפיו השתמשו בהצגת המבנה של חלבון באמצעות מפת מגעים (contact map) לחיפוש המבנה הנכון, והוצעה שיטה יעילה לשחזור המבנה התלת־ממדי של חלבון ממפת המגעים. הם הוכיחו שלא ניתן למצוא ערכי אנרגיות מגע בין חומצות אמינו שעבורן מפת המגעים של המבנה הנכון (של חלבון מסוים) היא בעלת האנרגיה המינימלית.

 ביואינפורמטיקה – שיטות חישוביות ואלגוריתמים 
שנים לפני המעבר שלו לביולוגיה, דומאני ותלמידיו פיתחו אלגוריתם לחלוקת עצמים לקבוצות באופן בלתי מפוקח, כלומר ניתוח אשכולות (clustering). השיטה נקראת "אשכולות סופר-פאראמגנטיים" (SPC), המבוססת על פיזיקה של פרומגנטים גרגריים חסרי סדר. אלגוריתם זה שימש את דומאני ותלמידיו במתן מענה לבעיה קשה של "יחס אות לרעש" בניתוח נתוני התבטאות גנים. החלוקה של דוגמאות (מגידולים סרטניים) לקבוצות בעלות משמעות קלינית מוכתבת על ידי ההתבטאות של מספר קטן של גנים, על רקע "רעש" של אלפי גנים שאינם קשורים לתהליך הסרטני. כמו כן, במקרים רבים החלוקה לקבוצות ברורות חלה רק בתוך תת-קבוצה של כלל הדוגמאות. זו בעיה של מציאה דו-כיוונית של "מחט בערימת שחת": לזהות תת-קבוצה של דוגמאות (חולים) המתפצלות לקבוצות בעלות משמעות ביולוגית, המשתקפת ברמות ההתבטאות של תת-קבוצה של גנים. דומאני ותלמידיו פיתחו שיטת biclustering, "אשכולות דו-כיווניים מצומדים" (CTWC), העונה על הבעיה הזו ומאפשרת כריית נתונים יעילה. במקביל, הוצעה שיטה לבחינת הדירותם ויציבותם של אשכולות, על ידי שימוש בדגימה חלקית של הנתונים. כמו כן, הם המציאו שיטה לסידור מחדש של גנים ודגומאות באופן שהמבנה הטמון בנתוני השעתוק יבלוט לעין.

אחד השימושים הקליניים העיקריים בהתבטאות גנים, שאתגרה חוקרים רבים, הוא פרוגנוזה: לחזות, עבור חולה נתון, מתוך פרופיל ההתבטאות של גנים נבחרים (כפי שנמדד בגידול שנלקח מאותו חולה), את חומרת המחלה ואת משך החיים הצפוי, ואף לנבא את התגובה של הגידול לטיפול מסוים. קבוצתו של דומאני זיהתה בעיה חמורה שלא זכתה למענה הולם מצד הקהילה המדעית: היעדר חפיפה בין רשימות הגנים בעלי כושר ניבוי שפורסמו עבור אותו סוג סרטן על ידי קבוצות שונות. הם הראו שהסיבה לחוסר ההדירות והיציבות של רשימות הגנים הפרוגנוסטיים אינה הבדלים בין קבוצות החולים, שיטות המדידה והאנליזה, אלא השונות הגבוהה בין חולים, ושימוש במספר קטן מדי של דוגמאות. הם הראו כיצד ניתן לבדוק את מידת היציבות של רשימות גנים נבחרים וכיצד ניתן להעריך את מספר הדוגמאות הדרוש להשגת רמת הדירות רצויה.

מתוך הבנה שגנים בדרך כלל אינם פועלים לבד אלא כחלק מקבוצה, האחראית להפעלת מנגנון או תפקוד ביולוגי מסוים. סרטן נגרם על ידי כשל של מנגנון או מסלול כזה, אשר יכול לנבוע מהתבטאות לא נכונה של גנים שונים. לכן, עדיף לאפיין רקמה סרטנית על ידי מידת ההפרעה בתפקוד (או מסלול) ביולוגי זה או אחר, מאשר באמצעות גנים בודדים. במטרה להגיע לאפיון ברמה גבוהה מסוג זה פותח אלגוריתם (Pathifier) אשר משייך לכל גידול ציונים הניתנים לרמת התפקוד של שורה של מסלולים או תפקודים ביולוגיים. האלגוריתם מחשב ציונים אלו מתוך רמות ההתבטאות של גנים בודדים.

 חקר הסרטן 
סרטן המעי הגס: דומאני הראה ששינוי מספר העותקים של מקטע DNA מסוים בגנום משתקף ברמת ההתבטאות של הגנים באותו מקטע, ופרסם עם שותפיו מפה מלאה של שינויי מספר העותקים של מקטעי DNA בסרטן זה. נמצא קשר בין שינויים אלו לבין פרוגנוזה, התקדמות המחלה ומשך ההישרדות הצפוי. כמו כן, נחקרה לראשונה דינמיקה של הופעת שינויים במספר העותקים של קטעי הגנום במהלך התקדמות התהליך הסרטני.

סרטן המוח מסוג גליובלסטומה וגליומה: הוצג סיווג לתתי סוגים של המחלה על פי פרופיל התבטאות גנים וכן נמצאה "חתימה של חידוש-עצמי" בעלת מתאם לעמידות הסרטן בפני טיפול כימותרפי וקרינתי.

סרטן השד: דומאני ושותפיו גילו את הסיבה לאי ההתאמה בין רשימות גנים בעלי ערך פרוגנוסטי, שהוצעו על ידי מחקרים שונים וחישבו את מספר הדגימות הנחוצות למציאת רשימה הדירה ויציבה. תוך שימוש באפיון המחלה על ידי מידת הפגיעה במסלולים ביולוגיים, גילו תת-קבוצה של חולות שעבורה רמת החדירה של תאי T (של מערכת החיסון) קובעת את התגובה לכימותרפיה.

לוקמיה: זוהתה הופעה בו-זמנית של זוג שינויים מולקולריים בלתי תלויים המהווה גורם לסרטן מסוג ALL בחולים עם תסמונת דאון.

סרטן צוואר הרחם: דומאני ושותפיו גילו אשכול גנים המפקחים על התרבות והתחלקות תאים, שרמת ההתבטאות שלהם קשורה לרמת ההתבטאות של גנים ויראליים מסוג HPV וכן לעומס הויראלי בגידול. כמו כן, הובהר המנגנון המולקולרי שמאחורי קשר זה.

 נושאים נוספים בביולוגיה 
בסדרת עבודות בשיתוף פעולה עם קבוצתו של פרופ' ירון כהן  פותח שבב אנטיגנים. עשרות ואף מאות אנטיגנים מודפסים על מצע כשכל נקודה כשכל מכילה אנטיגן יחיד. סרום שנלקח מחולה מכיל אוסף נוגדנים המהווים "חתימה" של המערכת החיסונית שלו, היוצרים תבנית אופיינית של הידבקות לשבב. נבחנה האפשרות לאפיין מחלות אוטו-אימוניות באמצעות חתימות אלו.

סדרת עבודות בשיתוף פעולה עם פרופ' יוסף ירדן התמקדו בתגובה של תאים לגירוי כימי של תאים שונים על ידי פקטור גידול EGF. תגובות אלו בעלות חשיבות מרכזית בהתנעת תהליכים גרורתיים בסרטנים שונים. עבודה אחת בחנה את האופן בו תאים עוצרים תהליך שהותנע על ידי חשיפת התאים ל-EGF.

עבודה אחרת הובילה לתגלית חשובה להבנת דינמיקה של שעתוק. לראשונה התבצעה מדידה סימולטנית של התלות בזמן עבור mRNA ו-pre-mRNA, לכל רוחב הגנום. התוצאות היו מפתיעות: התגלה שגנים שונים בעלי התנהגות דומה של ה-mRNA נוצרים בתהליכי שעתוק שונים מאוד. התברר שגנים נוקטים באסטרטגיה של קצב ייצור גבוה לזמן קצר שבעקבותיו דעיכה חדה. כמו כן, נמצא שקצב הפירוק של המולקולות המשועתקות גם מאופיין על ידי עליה חדה וירידה לאחר מכן. התגלה שהסיבוכיות של דינמיקת השיעתוק הרבה יותר גבוהה ממה שחשבו לפני כן.

עבודות שנעשו תוך שיתופי פעולה עם פרופ' דוד גבעול, גדעון רכבי, ליאו זקס, ורדה רוטר ומשה אורן חקרו היבטים שונים של התנהגות p53, חלבון מרכזי בבקרה של תהליכים תאיים.

 הנחיה 
לאורך השנים דומאני הנחה כ-90 תלמידי מחקר לתארים מוסמך (47), דוקטור (23) ובתר-דוקטורנטים (23), ביניהם חברי סגל רבים באקדמיה ובמכוני מחקר: נועה בוסל (מכון ויצמן), הילה גל (מכון ויצמן), גד גץ (אוניברסיטת הרווארד), יותם דרייר (האוניברסיטה העברית), האיה הינריכסן (אוניברסיטת וירצבורג), ליבי הרצברג (אוניברסיטת תל אביב וביה"ח שלוותה), מיקלה ונדרוסקולו  (אוניברסיטת קיימברידג'), יובל טבח (האוניברסיטה העברית), סטיב טייטל (אוניברסיטת רוצ'סטר), אראל לוין (אוניברסיטת נורת'איסטרן), רון מאיר (הטכניון), לאוניד מירני (MIT), סנג'וי סארקר (אוניברסיטת אלבמה), יואל סטבנס (מכון ויצמן), ליאת עין דור (מרכז המחקר של IBM), אור צוק (האוניברסיטה העברית), עמית צייזל (הטכניון), אלקן קבקצ'וגלו (אוניברסיטת קוץ'), דוד קוטזוב  (אוניברסיטת שיקגו), חורחה קורצ'ן  (CNRS), דניאל קנדל (NOVA), גונטר שוץ (אוניברסיטת בון ומרכז המחקר יוליך), טל שי (אוניברסיטת בן-גוריון), נעם שנטל (האוניברסיטה הפתוחה), מיכל שפר (אוניברסיטת הרווארד).

 פרסים והוקרה 
 פרס ע"ש ז'נט וסמואל לובל (1981)
 הקתדרה על שם הנרי ג'י לאיר (1999)
 פרס הפרויקט המצטיין בתחרות היישומים המדעיים של חברת RAD Biomed Incubator (2005)
 פרס סרג'יו לומברוזו לחקר הסרטן (2016)
 פרס לוי מונטלצ'יני מטעם ממשלת איטליה (2019)
 עמית האגודה הישראלית לפיזיקה (2022)

 חיים אישיים 
דומאני נשוי לפנינה (לבית שטרן) ואב לבן גילי ובת איריס. מתגורר ברחובות.

 מאמרים נבחרים 
 Getz G., Levine E., Domany E., "Coupled two-way clustering analysis of gene microarray data," Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (22), 12079-12084 (2000).
 Ein-Dor L., Kela I., Getz G., Givol D., Domany E., "Outcome signature genes in breast cancer: is there a unique set?" Bioinformatics, 21 (2), 171-178 (2005).
 Ein-Dor L., Zuk O., Domany E., "Thousands of samples are needed to generate a robust gene list for predicting outcome in cancer," Proceedings of the National Academy of Sciences, 103 (15), 5923-5928 (2006).
 Zeisel A., Köstler W.J., Molotski N., Tsai J.M., Krauthgamer R., Jacob-Hirsch J., Rechavi G., Soen Y., Jung S., Yarden Y. and Domany E. (2011). Coupled pre-mRNA and mRNA dynamics unveil operational strategies underlying transcriptional responses to stimuli. Molecular Systems Biology 7, 529 doi:10.1038/msb.2011.62
 Drier Y., Sheffer M. and Domany E. (2013). Pathway-based personalized analysis of cancer. PNAS 110, 6388-6393.
 Blatt M., Wiseman S., Domany E., "Superparamagnetic clustering of data," Physical Review Letters, 76 (18), 3251 (1996).
 Mukamel D., Fisher M.E. and Domany E., Magnetization of Cubic Ferromagnets and the Three-Component Potts Model, Phys. Rev. Lett. 37, 565 (1976)
 Domany E., Mukamel D., Nienhuis B. and Schwimmer A., Duality Relations and Equivalences for Models with O(N) and Cubic Symmetry, Nucl. Phys. B. 24, (FT/SM), 279 (1981)
 Derrida B., Domany E., Mukamel D., "An exact solution of a one-dimensional asymmetric exclusion model with open boundaries," Journal of Statistical Physics, 69, 667-687 (1992).
 Domany E., Schick M., Walker J.S. and Griffiths R.B., Classification of Continuous Order-Disorder Transitions in Adsorbed Monolayers, Phys. Rev. B18, 2209 (1978)
 Domany E., Kinzel W., Equivalence of Cellular Automata to Ising Models and Directed Percolation, Phis. Rev. Lett. 53, 311-314 (1984)
 Domany E., Exact Results for Two and Three Dimensional Ising and Potts Models, Phys. Rev. Lett. 52, 871 (1984).
 Wiseman S. and Domany E., Lack of Self-Averaging and Finite Size Scaling in Critical Disordered Systems, Phys. Rev. Lett. 81, 22 (1998)
 Domany E., Alexander S., Bensimon D. and Kadanoff L.P., Solutions to the Schrodinger Equation on some Fractal Lattices, Phys. Rev. B. 28, 3110 (1983)
 Vendruscolo M. and Domany E., Pairwise contact potentials are unsuitable for protein folding, J. Chem. Phys. 109, 11101 (1998)
 קישורים חיצוניים 


 איתן דומאני, באתר גוגל סקולר

 הערות שוליים 

קטגוריה:פיזיקאים ישראלים
קטגוריה:בוגרי העתודה האקדמית
קטגוריה:בוגרי אוניברסיטת תל אביב
קטגוריה:בוגרי מכון ויצמן למדע
קטגוריה:בעלי תואר דוקטור מאוניברסיטת קורנל
קטגוריה:סגל מכון ויצמן למדע: פיזיקה
קטגוריה:ישראלים ילידי הונגריה
קטגוריה:עולים בשנות ה-1950
קטגוריה:רחובות: אישים
קטגוריה:ישראלים שנולדו ב-1947