בלעדי: העבודה של זוכי פרס נובל לכימיה קשורה קשר הדוק למכון ויצמן

ורשל ולויט היו אנשי סגל וקרפלוס הצטרף אליהם למחקר בשבתון * כך אומר בשיחה עם אתר הידען, פרופ’ אמנון הורוויץ מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן * על התגלית: המשימה של מידול קיפול החלבונים עדיין פתוחה אך השיטה משמשת לחישובים רבים שמסייעים למשל לפיתוח תרופות

כפי שדיווחנו מוקדם יותר היוםפרופ’ מרטין קרפלוס מאוניברסיטת הארווארד, מייקל לויט מסטנפורד ופרופ’ אריה ורשל מאוניברסיטת דרום קליפורניה זכו בפרס נובל לכימיה על שילוב מודלים ממוחשבים של כימיה ופיסיקה קוונטית. ואולם לשניים מהם יש רקורד של אנשי סגל במכון ויצמן והשלישי הגיע אליהם למחקר משותף מדי פעם.

פרופ’ אמנון הורוויץ מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן אומר בראיון לאתר הידען כי הקשר של הזוכים למכון ויצמן הדוק בהרבה מאשר רק הדוקוטרט שעשה פרופ’ ורשל במכון ויצמן. ורשל המשיך לאחר מכן כחוקר במכון וגם מייקל לויט, אחד מהשותפים לפרס היה איש סגל במכון עד תחילת שנות התשעים, ועד היום הוא ממשיך כפרופסור אורח חודשים ארוכים בשנה. לדברי פרופ’ הורוויץ, גם השותף השלישי לפרס, פרופ’ קרפלוס היה לפחות פעם אחת בשנת שבתון במכון. “העבודה עצמה נבטה ממחקר ראשוני של ורשל ולויט בהנחייתו של פרופ’ שניאור ליפסון ז”ל.” אומר פרופ’ הורוויץ.

מה אתה יכול לספר לנו על העבודה עצמה?
“העבודה היא עבודה חישובית, תיאורטית שהמוטיבציה שלה בתחילת הדרך הייתה לנסות להבין כיצד חלבונים מתקפלים. החלבונים מורכבים מחומצות אמיניות. יש עשרים חומצות אמיניות בטבע וניתן לחשוב על חלבון בתור סידרה של חרוזים על חוט כשכל חרוז הוא חומצה אמינית. החרוזים באים ב-20 ‘צבעים’ שונים, והנקודה החשובה הוא שהסדר של החרוזים קובע את המבנה. ברגע שקבעת סדר מסויים החוט מתקפל ונוצר מבנה ייחודי החשוב לפעילות של החלבון. חלבונים כדוגמת המוגלובין, אינסולין – לכל אחד יש את המבנה הייחודי שלו שנקבע על ידי הסדר של ה’חרוזים’ – החומצות האמיניות. מדובר במין כתב חידה שהטבע פותר כל הזמן יום-יום שעה-שעה: בהינתן הסדר הנכון, הטבע יודע מה צריך להיות המבנה והחלבון מתקפל למבנה הנכון כשהמטרה של המדענים עשרות שנים היא לבצע אתה ניבוי הזה במחשב.”

“הם פיתחו כלים שמאפשרים לחקות את התהליך במחשב. הבעיה עדיין לא פתורה, עד היום אבל הכלים עצמם הפכו שימושיים עבור בעיות אחרות יותר ‘קטנות’. למשל כאשר פותרים מבנה של חלבון בעזרת קריסטלוגרפיה כמו שעדה יונת עשתה, אז המבנה שמתקבל לא לגמרי נכון, צריך לתקן אותו ואת זה צריך לתקן באמצעות הכלים החישוביים שהשלושה הללו פיתחו. או אם רוצים להבין איך תרופה נקשרת לקולטן בצורה חישובית משתמשים בכלים הללו.

האם יש משמעות לכושר החישוב?
“העובדה שכושר החישוב השתפר מאוד שינתה את התמונה ומאפשר לקצר את הזמן – תהליך הקיפול לוקח זמן והיכולת של המחשב למדל אותו לפני 40 שנה הייתה מוגבלת. היום ניתן לעשות סימולציות יותר ארוכות. אפשר לתאר את החלבון בצורה יותר מדויקת מכפי שעשו אז. בהחלט היתה התקדמות גדולה אבל השאלה הבסיסית שאיתה התחילו אז עדיין פתוחה.

עדכון 16:35 – תגובה רשמית ממכון ויצמן

מכון ויצמן מברך את זוכי פרס נובל בכימיה לשנת 2013

מכון ויצמן למדע מברך בחום את החתנים הטריים בפרס נובל בכימיה לשנת 2013. לשניים מהשלושה קשרים הדוקים למכון ויצמן למדע, ועבודתם, העושה שימוש במחשבים לצורך מיפוי תגובות כימיות בין מולקולות גדולות, כגון אנזימים, בקנה מידה אטומי, החלה במכון ויצמן למדע.
פרופ’ אריה ורשל ופרופ’ מיכאל לויט החלו את שיתוף הפעולה המדעי שלהם במכון ויצמן למדע כאשר ורשל היה סטודנט לתואר שלישי במכון, בסוף שנות ה-60 של המאה ה-20. שניהם עבדו עם פרופ’ שניאור ליפסון המנוח במחלקה לפיסיקה כימית. ביחד הם פיתחו תוכנת מחשב להדמיית מולקולות, אותה הריצו ב”גולם” – המחשב של המכון, שבאותו זמן נחשב לכלי חישובי רב-עוצמה. התוכנה הייתה רלוונטית במיוחד למולקולות ביולוגיות גדולות.

לאחר שסיים את הדוקטורט שלו במכון ויצמן למדע, עבד וורשל עם הזוכה השלישי בפרס נובל בכימיה השנה, פרופ’ מרטין קרפלוס, באוניברסיטת הרווארד. ביחד הם פיתחו מודל של מולקולת הרטינאל (פיגמנט הראייה), וכך הצליחו לשלב לראשונה בין בניית מודלים קלאסיים של מולקולה במנוחה, לבין הצצה לאופן פעולתה של מולקולה בשיטות של פיסיקה קוונטית.
ורשל ולויט נפגשו שוב במכון ויצמן למדע בשנת 1972. אתר האינטרנט של פרסי הנובל מציין כי שניהם “כיוונו גבוה”. הם פיתחו תוכנת מחשב “שהייתה מהפכנית מפני שאפשר היה להשתמש בה על כל סוגי המולקולות”. כמו כן, הם מצאו דרך לייעל את התוכנה באמצעות התמקדות בחלקים המעניינים ביותר של המולקולה. בהמשך תרמו תרומה משמעותית לתחום הביולוגיה החישובית באמצעות מודלים המדמים את אופן פעולתם של חלבונים.

מיכאל לויט הוא תושב ארה”ב, בריטניה וישראל. הוא נולד בשנת 1947 בפרטוריה שבדרום אפריקה וקיבל את הדוקטורט שלו בשנת 1971 מאוניברסיטת קיימברידג’ שבאנגליה. הוא נמנה על הסגל המדעי של מכון ויצמן למדע מסוף שנות ה-70 ועד לתחילת שנות ה-80 של המאה הקודמת, מכהן כיום בקתדרה על שם רוברט וויויאן קאהיל לחקר הסרטן בבית-הספר לרפואה של אוניברסיטת סטנפורד שבקליפורניה. פרופ’ לויט הוא פרופסור אורח תדיר במכון ויצמן למדע.

פרופ’ אריה ורשל הוא אזרח ישראלי ואמריקאי. הוא נולד בשנת 1940 בקיבוץ שדה-נחום. בשנת 1969 קיבל תואר דוקטור ממכון ויצמן למדע, והיה חוקר בכיר במכון בין השנים 1972 ו-1978. כיום הוא פרופסור בכיר באוניברסיטת דרום קליפורניה בלוס אנג’לס.