ריצוף DNA מהדור הבא, תאים סולאריים מתקדמים ותגובות לבניית קשרי פחמן–חנקן: צוות המדענים של CAS מצביע על הישגים שכבר שינו את המחקר, אך טרם זכו להכרה בנובל על פיתוחם
עוד בסדרת כתבות טרום נובל: רפואה — שש פריצות דרך בביולוגיה שנותרו בלי הפרס | פיזיקה — חמש פריצות דרך ששינו את המדע ולא זכו בפרס
קריאת גנום שלם, הפיכת אור השמש לחשמל ובניית מולקולה שעשויה לשמש תרופה נראות כמו שלוש משימות מתחומים רחוקים. אך בכולן, התקדמות בכימיה היא שאפשרה לחוקרים לעשות דבר שקודם היה יקר, מסורבל או קשה לביצוע. השפעתה של הכימיה מתגלה לעיתים דווקא כשהשיטה החדשה נעשית כלי עבודה רגיל במעבדה.
לקראת הכרזות פרסי נובל לשנת 2026, צוות המדענים של CAS, גוף המידע המדעי של האגודה האמריקנית לכימיה, פרסם סקירה של הישגים שלדעתו ראויים לשיקול מצד ועדת הנובל. הסקירה, שעודכנה ב־15 בספטמבר, מתמקדת בשלושה תחומים: ריצוף DNA מהדור הבא, תאים סולאריים מתקדמים ויצירת קשרי פחמן–חנקן באמצעות קטליזה.
זו רשימת הערכות של CAS, ולא רשימת מועמדים רשמית. גם הכותרת "מחכים לפרס" אינה מבטיחה זכייה השנה או בעתיד. המשותף לשלושת הנושאים הוא הפער שבין מרכזיותם במדע לבין העובדה שפרס נובל לא הוענק על פיתוחם. בהמשך לכתבות על הישגים בביולוגיה ובפיזיקה, הם מציעים מבט על הכלים והחומרים שבזכותם אפשר לבצע את המחקר הבא.
ריצוף DNA: לקרוא את החיים באמצעות תגובה כימית
ריצוף גנומי מזוהה עם ביולוגיה, אך חלק חשוב מן המהפכה שהפכה אותו לכלי נגיש הוא כימי. CAS מצביע על שנקר בלסוברמניאן, דייוויד קלנרמן ושותפיהם, שפיתחו טכנולוגיית ריצוף באמצעות סינתזה — קריאה של רצף DNA תוך כדי בניית הגדיל המשלים לו.
בגישה זו משתמשים באבני הבניין של DNA, הנוקלאוטידים, שעברו שינוי כימי. הן נושאות סמן פלואורסצנטי וקבוצה שחוסמת באופן זמני את המשך ההתארכות. בכל מחזור נוספת לגדיל אבן בניין אחת, מצלמים את האות שמזהה אותה, ואז מסירים את הסמן ואת החסימה. כך אפשר להתחיל את המחזור הבא ולקרוא את הרצף, אות אחר אות.
הקפיצה הגדולה היא שהפעולה מתבצעת במקביל על מספר עצום של מקטעים. במאמר שפורסם בנייצ'ר ב־2008, דייוויד בנטלי ועמיתיו הדגימו ריצוף גנום אנושי באמצעות הכימיה הזאת. מקטעי DNA הוצמדו למשטח, הוגברו עליו ושימשו תבניות למחזורים של סינתזה וצילום. שילוב התגובות, האופטיקה וניתוח הנתונים אפשר לעבור מקריאת מקטעים בודדים לריצוף בהיקף גדול.
ההשפעה ניכרת ברפואה ובמחקר: אבחון מחלות נדירות, חקר סרטן, מעקב אחר פתוגנים ובחינת אוכלוסיות שלמות. לפי הודעת אוניברסיטת קיימברידג' ממאי 2026, הריצוף המקביל מאפשר לקרוא מיליוני ואף מיליארדי מקטעים בו בזמן. האוניברסיטה מדגישה גם את תרומתו למעקב אחר גרסאות של נגיף הקורונה ולמחקר סביבתי.
ההכרה בהישג כבר הגיעה בצורות אחרות. ב־2026 הוכרזו בלסוברמניאן, קלנרמן ופסקל מאייר כזוכי פרס נסיכת אסטוריאס למחקר מדעי וטכני. בהודעת קיימברידג' תוארו תרומותיהם המשלימות לכימיית DNA, להדמיה ולהגברת DNA. הדוגמה הזאת מזכירה שטכנולוגיה משנה עולם יכולה להיבנות מן החיבור בין כמה יכולות, ולא ממאמר יחיד או מכשיר יחיד.
תאים סולאריים: לכוון את החומר אל אור השמש
התחום השני ברשימת CAS הוא תאים סולאריים מתקדמים. הסקירה קושרת בין תאים רגישי צבע, שפיתחו בריאן אורגן ומייקל גרצל בראשית שנות ה־90, לבין ההתקדמות בחומרים מסוג פרובסקיט. היא מזכירה, בין השאר, את צוטומו מיאסאקה, נאם־גיו פארק, הנרי סניית' ואלכס ג'ן, לצד גרצל.
פרובסקיט הוא שם למשפחה של חומרים בעלי מבנה גבישי אופייני. בתאים הסולאריים הנדונים משתמשים בעיקר בפרובסקיטים הלידיים של מתכות: חומרים שאפשר לשנות את הרכבם כדי להשפיע על קליטת האור ועל התנהגות המטענים החשמליים. שכבה דקה של החומר בולעת אור ומייצרת מטענים שניתן לאסוף כזרם חשמלי.
אבן דרך חשובה פורסמה ב־2012 בכתב העת Scientific Reports. קבוצתם של פארק, גרצל ועמיתיהם הציגה תא פרובסקיט במבנה מוצק שהגיע ליעילות המרת אנרגיה של 9.7%. המעבר ממערכת המכילה אלקטרוליט נוזלי למוליך חורים מוצק שיפר את יציבות המתקן שנחקר. המספר הזה אינו שיא עדכני; חשיבותו היסטורית, כחלק מן הדרך להפיכת החומר למועמד מרכזי בתחום הפוטו־וולטאי.
יתרון נוסף הוא האפשרות לשלב פרובסקיט עם סיליקון בתא טנדם. במקום לנסות לקלוט את כל אור השמש בחומר אחד, שתי שכבות מנצלות חלקים שונים של הספקטרום. שינוי ההרכב הכימי של הפרובסקיט מאפשר להתאים את קליטת האור שלו לשכבה שמתחתיו, וכך להפיק יותר חשמל מאותו שטח.
לפי משרד האנרגיה האמריקני, קיימת גם אפשרות לייצר שכבות פרובסקיט בתהליכים בטמפרטורה נמוכה ובאמצעות תמיסות דמויות דיו. האפשרות הזאת עשויה להפחית עלויות ייצור, אך היא אינה שקולה עדיין להבטחה שכל פאנל עתידי יהיה זול או יעיל יותר.
האתגרים שנותרו הם מהותיים: חומרים וממשקים עלולים להיפגע מלחות, מחמצן, מחום ומחשיפה ממושכת לאור. נוסף על כך, קשה לשמר את ביצועיו של תא מעבדה קטן כאשר עוברים למודול גדול ולייצור עקבי. זו דוגמה להישג מדעי מרשים שהפיכתו לטכנולוגיה רחבת היקף דורשת עוד כימיה, הנדסה ובדיקות לאורך זמן.
קשר פחמן–חנקן: כלי מרכזי בארגז של מפתחי התרופות
הנושא השלישי פחות מוכר לציבור, אך מרכזי במעבדות לכימיה אורגנית: אמינציית בוכוולד–הרטוויג. סטיבן בוכוולד וג'ון הרטוויג פיתחו, באופן עצמאי באמצע שנות ה־90, שיטות לצימוד קבוצות המכילות חנקן למבנים ארומטיים באמצעות זרזי פלדיום.
קשר בין פחמן לחנקן הוא מרכיב נפוץ במולקולות בעלות פעילות ביולוגית. אך עצם הידיעה שהקשר רצוי אינה אומרת שקל לייצר אותו במקום הנכון, בתנאים המתאימים ובלי לפגוע בשאר חלקי המולקולה. תגובות הצימוד נתנו לכימאים דרך שימושית יותר לבנות מגוון רחב של אמינים ארומטיים.
הזרז אינו רק פלדיום לבדו. מולקולות הקשורות למתכת, המכונות ליגנדים, משפיעות על התגובות שהיא יכולה לבצע. פיתוח זרזים וליגנדים לאורך השנים הרחיב את מגוון חומרי המוצא שניתן לחבר, שיפר את תנאי העבודה וסייע להפוך את התגובה לכלי הנמצא בשימוש גם בתעשייה.
מאמר סקירה לציון 25 שנה לתגובה, שפורסם ב־2019 בכתב העת Organic Process Research & Development, תיאר כיצד הפרסומים פורצי הדרך של בוכוולד והרטוויג מ־1995 שינו את הדרך שבה כימאים מתכננים סינתזה של אמינים ארומטיים. חשיבותה של שיטה כזאת אינה רק בייצור חומר מסוים: היא מרחיבה את מגוון המולקולות שאפשר לנסות להכין ולבדוק.
כאן יש קשר ישיר להכרה שכבר ניתנה בתחום סמוך. פרס נובל לכימיה ב־2010 הוענק לריצ'רד הק, איי־איצ'י נגישי ואקירה סוזוקי על צימודים מוצלבים בקטליזת פלדיום בסינתזה אורגנית, ובפרט שיטות לבניית קשרי פחמן–פחמן. CAS טוען שהענף היוצר קשרי פחמן–חנקן, ובעל השפעה גדולה על פיתוח תרופות, נותר מחוץ להכרה הזאת.
בוכוולד והרטוויג חלקו את פרס וולף לכימיה ב־2019. בהודעת MIT על הזכייה הדגיש בוכוולד את עבודתם של תלמידי המחקר והחוקרים הבתר־דוקטוריאליים, ואת חשיבות מימון המחקר הבסיסי: ממצא שהגיע מעבודה ללא יישום מעשי מיידי נעשה בסיס לכימיה שימושית באקדמיה ובתעשייה.
הכימיה שמאפשרת את פריצת הדרך הבאה
שלוש הדוגמאות מבליטות סוגים שונים של השפעה: הריצוף משנה את היכולת לקרוא מידע ביולוגי; הפרובסקיטים מרחיבים את האפשרויות לתכנון חומרים הקולטים אור; ותגובות הצימוד משנות את היכולת לבנות מולקולות. בכל אחד מן המקרים, התגלית יוצרת אפשרויות עבודה חדשות עבור חוקרים אחרים.
הרשימה אינה מאפשרת לדעת מה תחליט ועדת הנובל. היא כן מזמינה לבחון הישגים מעבר לשם המדען ולשנת הפרסום: כמה מחקרים הם אפשרו, אילו מגבלות הסירו ואילו יישומים נולדו מהם. בכימיה, לעיתים הסימן הברור ביותר להצלחת רעיון הוא שהשימוש בו כבר נעשה מובן מאליו.
שאלות ותשובות
האם אלה מועמדים רשמיים לנובל לכימיה?
לא. אלה תחומים שצוות המדענים של CAS מציע להכיר בהם. הסקירה אינה הודעה של ועדת הנובל ואינה מבטיחה זכייה.
מדוע ריצוף DNA שייך גם לכימיה?
בשיטת הריצוף באמצעות סינתזה, שינויים כימיים בנוקלאוטידים מאפשרים להוסיף אותם בזה אחר זה, לזהותם ולהמשיך למחזור הבא. הקריאה הביולוגית נשענת על תגובות כימיות מבוקרות.
האם פרובסקיט כבר פתר את אתגרי האנרגיה הסולארית?
לא. הוא מציע אפשרויות חשובות לשיפור תאים סולאריים, אך יציבות לאורך זמן, ייצור בשטח גדול וביצועים עקביים הם עדיין אתגרים מרכזיים.
האם פרס נובל של 2010 כבר ניתן לתגובת בוכוולד–הרטוויג?
לא. הפרס הוענק להק, לנגישי ולסוזוקי על צימודים מוצלבים בקטליזת פלדיום. CAS מבחין בין השיטות לבניית קשרי פחמן–פחמן שהוכרו אז לבין השיטות ליצירת קשרי פחמן–חנקן.
המאמר המדעי
הכתבה היא סקירה של שלושה תחומים. להלן מאמרי מחקר מרכזיים ומאמר סקירה היסטורי להרחבה:
- ריצוף גנום אנושי באמצעות כימיית חסימה הפיכה — Bentley ועמיתיו, Nature, 2008
- תא פרובסקיט מוצק ביעילות של 9.7% — Kim ועמיתיו, Scientific Reports, 2012
- Palladium-Catalyzed Amination of Aryl Iodides — מאמר מחקר מ־1996
- 25 שנה לאמינציית בוכוולד–הרטוויג: התפתחות, יישומים ומבט קדימה — סקירה מ־2019
עוד בנושא באתר הידען
- לקראת נובל ברפואה: שש פריצות דרך בביולוגיה שלא זכו בפרס
- מקריאת DNA ועד שעונים אטומיים: הזוכים בפרסי וולף ב־2026
- הוכרזו חתני פרס וולף לשנת 2019
- תאים סולאריים זולים ויעילים ביותר
- גנום דיפלואידי כמעט מלא של אדם חי הורכב בדיוק גבוה
מקור הסקירה: CAS, עודכן ב־15 בספטמבר 2026.
