היום (9 באוקטובר 2013) בשעה 13:00 הוכרזו שמות הזוכים בפרס נובל לכימיה 2013: פרופ' מרטין קרפלוס מאוניברסיטת הרוורד, פרופ' מיכאל לויט מאוניברסיטת סטנפורד ופרופ' אריה ורשל מאוניברסיטת דרום קליפורניה. ועדת הפרס החליטה להעניק את הפרס היוקרתי לשלושתם "עבור פיתוח של מודלים רב-ממדיים למערכות כימיות מורכבות".
מסובך מדי? הנה הסבר קצר...
תחומי הכימיה והביוכימיה (כימיה של תהליכים ביולוגיים) התפתחו מהר מאוד ב-50 השנים האחרונות, ושלא כמו בעבר הכימאים כיום מתמקדים יותר בשאלה "איך מתרחשים תהליכים כימיים?"
על מנת להבין לעומק איך תהליך כימי מתרחש, יש להכיר את כל שלביו מתחילתם ועד סופם. אולם תהליכים כימיים רבים מתרחשים במהירויות אדירות של מילי-שנייה ואף מיקרו-שנייה, ולכן המעקב אחר השלבים השונים הופך בלתי אפשרי וברוב המקרים אפשר לחזות רק בתחילתו של התהליך ובסופו. למשל, כשכימאי מבצע ריאקציה במעבדה הוא מבחין בדרך כלל רק בתוצאה הסופית של החומר שקיבל בלי לדעת דבר על תהליכי ביניים המתרחשים במהירות הבזק לנגד עיניו.
החשיבות של הבנת התהליך הכימי נובעת מכך שהבנה טובה יותר מאפשרת לנו לשלוט בצורה טובה יותר על התהליך, לייעל אותו ובמקרים שבהם התהליך הכימי מתרחש בגופנו, אנו יכולים בצורה הזו גם לזרז או למנוע אותו, בהתאם לצורך.
תרומתם של שלושת הזוכים והקשר הישראלי
אריה ורשל נולד ב-1940 בקיבוץ שדה נחום ובשנת 1969 סיים את לימודי הדוקטורט בכימיה פיסיקלית במכון ויצמן למדע. בשנים 1976-1972 הוא חזר למכון ויצמן כחוקר, אך לא קיבל קביעות ולכן ירד מהארץ והפך לחוקר מן המניין באוניברסיטת דרום קליפורניה.
מיכאל לויט נולד ב-1947 בפרטוריה שבדרום אפריקה למשפחה יהודית. ב-1971 הוא סיים את לימודי הדוקטורט בביולוגיה חישובית באוניברסיטת קיימברידג' ובשנים 1987-1979 חי בישראל וכיהן כפרופסור במכון ויצמן למדע. לפני כן, ב-1967, הוא הגיע למכון ויצמן ועבד עם אריה ורשל, שהיה אז סטודנט לדוקטורט, על מודלים ממוחשבים שיאפשרו הבנה מעמיקה ומדויקת יותר של התנהגות מולקולות ביולוגיות, ובעיקר פיתוח סימולציות המתארות כיצד חלבונים מתקפלים.
בתחילת שנות ה-70 נסע ורשל לבקר את מרטין קורפלוס באוניברסיטת הרווארד כדי לשתף איתו פעולה בפיתוח תוכנה שתפקידה יהיה לחשב ולייצר מפה שתציג היכן ממוקמים האלקטרונים במולקולה מסוימת ואיך הם מתנהגים בנוכחות מולקולות אחרות ובסביבה שונה. התוכנה הפגינה תוצאות מרשימות אך הייתה מוגבלת רק למולקולות מישוריות (דו-ממדיות).
מאוחר יותר, בשנת 1976, הצליחו ורשל ולויט לשפר את התוכנה והראו שאפשר ליישם אותה גם על מערכות תלת-ממדיות גדולות יותר כמו חלבונים.
התוכנה שפיתחו לויט וורשל ביחד עם מרטין קרפלוס מאפשרת לבחון באמצעות סימולציות ממוחשבות תהליכים כימיים מורכבים, כמו אלו שמתרחשים בין חלבון וסובסטרט (חומר שמגיב עם החלבון), שעד אז אי אפשר היה לבחון בשום דרך אחרת. למשל, באמצעות התוכנה הזו אפשר לנבא איך יתקפל חלבון שנמצא במים ואיך ישתנה מבנהו כאשר הוא מגיב עם מולקולה מסוימת, וכל זה בלי צורך בחלוק מעבדה.
בדרך הזו אפשר לנבא את ההתאמה בין מולקולה וחלבון מסוימים, לחזות איך ישתנה מבנהו של החלבון, האם מבנה המולקולה ישתנה ועוד. סימולציות ממוחשבות כאלה תורמות רבות לפיתוחן של מולקולות מגוונות שיכולות לעכב או למנוע את פעילותו של חלבון מסוים. במידה ואותו החלבון שייך לווירוס או לחיידק, אותה מולקולה יכולה לשמש גם כתרופה.
היכולת להבין תהליכים ולנבא אותם על ידי שימוש במודלים ממוחשבים תרמה רבות להבנת תהליכים כימיים, ובייחוד לתהליכים כימיים מורכבים כמו אלה שמתרחשים בגופנו. התרומה הזו איננה בלעדית לתחום הכימיה והשפעתה ניכרת בתחומי מדע נוספים כמו פיסיקה, ביולוגיה ורפואה.
רן טבעוני
דוקטורנט, המחלקה לחומרים ופני שטח
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
