שני ישראלים לשעבר בין זוכי פרס נובל לכימיה

המדען הישראלי־אמריקני פרופ' אריה ורשל, והמדען היהודי־בריטי מיכאל לוויט, יחלקו עם פרופסור מרטין קרפלוס את פרס הנובל לכימיה של 2013, כך הודיעה אתמול ועדת הפרס. השלושה יתחלקו בפרס של 1.5 מיליון דולר.

ורשל, שנולד בישראל ב־1940, שירת בצה"ל והשלים את לימודיו האקדמיים בישראל, פיתח יחד עם לוויט טכניקה המאפשרת למחשבים לנתח אינטראקציות כימיות של מולקולות מורכבות. השניים, שלמדו יחד במכון ויצמן, פרסמו ב־1976 מאמר שהפך להיות אבן היסוד של רוב מדע הכימיה המודרני ושל מאות תוכנות מחשב מדעיות המשמשות בעיקר חברות תרופות לפיתוחים חדשים. ללא הפיתוח של ורשל ולוויט, גם מחשבי־על היו מתקשים לנתח מולקולות מורכבות, מה שהיה יכול לעכב במשך עשרות שנים את מדע הרפואה, הביולוגיה והכימיה המודרני, ואת הפיתוח והיצירה של לא מעט תרופות.

זוכי פרס נובל כימיה 2013. מימין אריה ורשל, מיכאל לוויט ומרטין קרפלוס צילום: איי אף פי

לפני שניגשו ורשל ולוויט לנסות ולפתור מודלים של ריאקציות כימיות, נהגו כימאים לייצג תהליכים מולקולריים בעזרת מודלים תלת־מימדיים של כדורי פלסטיק ומקלות. האתגר הגדול שריאקציות כימיות מעמידות בפני מדענים, היא המהירות והמורכבת שלהם. הן מתרחשות במהירות עצומה, שבריר של אלפית השניה, בעת שאלקטרונים מדלגים בין גרעין אטומי אחד למשנהו. הבעיה היא כמובן שמחקר קלאסי בכימיה פשוט אינו מסוגל לעמוד בקצב השינויים.

עד לפיתוח המודל החדש, מדענים נאלצו להסתמך על כמה שיטות לניתוח ובדיקת חומרים – שיטות המסתמכות על מכניקת הקוונטים ובודקות את האינטראקציה הפיזיקלית בין החלקיקים הקטנים ביותר, או שיטות המסתמכות על תגובות כימיות בין מספר רב של מולקולות. השיטה הראשונה היא מדויקת, אבל מוגבלת בכמות החלקיקים שהיא מסוגלת לבחון. השיטה השניה מסוגלת לספק תוצאות ברמת המאקרו אבל אינה מסוגלת לספק מידע מדויק על האינטראקציה ברמה החלקיקית העמוקה ביותר.

העבודה של ורשל ועמיתיו הניחה את היסודות לבניית מודלים ממוחשבים שמורצים כיום על מחשבי־על בעת מחקר כימי. המודל – שיטת QQ/MM – מאחד את שתי התפיסות. במאמר שכתבו השניים הם הציעו להשתמש במכניקת הקוונטים כדי לבחון רק אזור מצומצם – כמו במקרה של מעקב אחרי חלבון, שהבדיקה המדויקת תשמש רק לבחינת האזור בגוף שבו החלבון נוגע. שאר המידע על התנהגות החלבון יגיע מבדיקה הפשוטה יחסית של תגובות כימיות ופיזיקה קלאסית ניוטונית.

ללא המודל החדש, מחשבים היו נדרשים לעבוד שנים בכדי לעבד את התמונה המולקולארית כולה ברמה הסאב־אטומית כדי לקבל תמונה מדויקת, או להסתמך על תמונה לא מדויקת בעליל. ורשל עשה להם, כמו גם לחברות התרופות ולחוקרים ברחבי העולם, חיים קלים.

"כל כימאי משתמש כיום בפיתוח של השלושה", מסביר פרופ' אהוד קינן מהטכניון, עורך כתב העת המדעי Israel" Journal of Chemistry", נשיא החברה הישראלית לכימיה וחבר ההנהלה של איגוד הכימיה האירופי. "זה הפך להיות כלי שווה לכל נפש. כל ביולוג, כל תרופה שמפותחת, עובדים עם הכלים הללו. אם אנחנו יוצרים למשל חלבון בתרופה שיוצא מהריבוזום כשרשרת וצריך להתקפל באופן מסוים, מתוך מיליוני אפשרויות, אנחנו צריכים שהוא יתקפל באופן אחד ספציפי בכדי שיהיה פעיל בתרופה, ואם הוא לא מתקפל נכון התרופה לא תעבוד. בעזרת העבודה של השלושה אנחנו יכולים לראות כיצד הוא יתקפל, כיצד הוא יגיב. התרומה שלהם היא אחד היסודות לכל המדע המודרני".

ורשל, לוויט וקרפלוס יקבלו את הפרס ב־10 בדצמבר, בטקס המסורתי בשטוקהולם, שבדיה.