בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
 

אתם מחוברים לאתר דרך IP ארגוני, להתחברות דרך המינוי האישי

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לקרוא ללא הגבלה, רק עם מינוי דיגיטלי בהארץ  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

פרס נובל לכימיה הוענק לשלושה חוקרים על מחקרים פורצי דרך בתחום החלבונים

החוקרת פרנסס ארנולד האמריקאית מקבלת חצי מהפרס על חקר "האבולוציה המוכוונת של אנזימים". החוקרים ג'ורג' סמית האמריקאי וגרגורי וינטר הבריטי חולקים את החצי השני על מחקרם בתחומי הפפטידים והאנזימים. לפי הוועדה, "זוכי הפרס השנה לקחו שליטה על האבולוציה"

36תגובות
הזוכים סמית, ארנולד ו-וינטר

הזוכים בפרס נובל לכימיה לשנת 2018 הם פרופ' פרנסס ארנולד האמריקאית, פרופ' ג'ורג' סמית האמריקאי ופרופ' גרגורי וינטר הבריטי על מחקריהם פורצי הדרך בשימוש בחלבונים. ארנולד מקבלת חצי מהפרס על חקר "האבולוציה המוכוונת של אנזימים". סמית ווינטר חולקים את החצי השני על מחקרם בתחומי הפפטידים והאנזימים. לפי הודעת ועדת הפרס, השיטות שפותחו על ידי הזוכים השנה משמשות היום ברחבי העולם לקידום תעשייה ירוקה יותר, פיתוח חומרים חדשים, הפקת דלק ביולוגי בר-קיימא, מלחמה במחלות והצלת חיים.

"זוכי הפרס בכימיה השנה לקחו שליטה על האבולוציה ונעזרו באותם עקרונות – שינוי גנטי וברירה – לפיתוח חלבונים שפותרים את הבעיות הכימיות של המין האנושי", הודיעה הוועדה. "אנחנו בימים המוקדמים של מהפכת האבולוציה, שבדרכים שונות מביאה ותביא את התועלת הגדולה ביותר למין האנושי".

ב-1993 היתה ארנולד הראשונה להראות כי ניתן להכווין אבולוציה של אנזימים, החלבונים שמזרזים תגובות כימיות. מאז היא שכללה את השיטה, והאנזימים שיוצרו בעזרת אבולוציה מוכוונת משמשים היום לייצור שפע של חומרים, מדלק ביולוגי ועד תרופות. ארנולד היא האשה החמישית שזוכה בפרס נובל בכימיה. האשה הקודמת שזכתה בפרס היתה הישראלית עדה יונת ב-2009. "פרופ' ארנולד היא ממייסדי התחום של הביולוגיה הסינתטית, שיהיה אחד התחומים החשובים של המאה ה-21", אומר פרופ' רועי עמית מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון, שעשה את הפוסט-דוקטורט שלו בהנחייתה של ארנולד.

נובל כימיה - דלג

ארנולד החלה את מחקרה בניסיון להפיק אנזימים עם תכונות חדשות, שלא קיימות בטבע. אולם מדובר במולקולות מורכבות במיוחד, העשויות מ-20 סוגים שונים של חומרי בנייה — חומצות אמינו — שיכולות להתחבר בכל דרך אפשרית. אנזים אחד מורכב ממאות עד אלפי חומצות אמינו, המחוברות בשרשרת ארוכה שאז מקופלת במבנה תלת־ממדי. "לא ניתן לתכנן אנזים חדש מאפס", אומר פרופ' עמית, גם כשנעזרים בידע המדעי ובכוחות המחשוב של היום. בתחילת שנות ה-90, לנוכח מגבלות השכל האנושי לפצח חידה זו, העלתה ארנולד את הרעיון המבריק:  לשכלל את הכימיה בשיטה של הטבע עצמו — אבולוציה.

פרופ' עמית מסביר כי ארנולד התבססה על שיטה ל"הגברת" דנ"א, אחת מהטכניקות הבסיסיות שמשמשות במחקר הגנטי מאז שנות ה-80 להכפלת מקטעי דנ"א באופן מדויק שוב ושוב. המטרה הראשונה שלה היתה לשנות אנזים כדי שבמקום לזרז תגובות כימיות בתמיסה על בסיס מים, הוא יפעל בממיס אורגני בשם dimethylformamide (DMF). החידוש של ארנולד היה בעצם הכנסת שיבוש בטכניקת "הגברת" הדנ"א, שיצר שגיאות בקוד המועתק. כך, במקום לקבל עותקים של אותו מקטע דנ"א האחראי לייצור האנזים, היו לה אינספור מוטציות, שכל אחת מפיקה אנזים מעט שונה.

ההכרזה על הזוכים בנובל - דלג
ההכרזה על הזוכים בנובל

כדי לזהות את האנזים היעיל ביותר בחנה ארנולד את יכולתם של האנזימים השונים בפירוק חלבוני חלב. האנזים המוצלח ביותר נבחר, ואז ארנולד החדירה סיבוב חדש של מוטציות לגן האחראי לייצורו והחלה את המעגל מחדש כדי לשפר את יעילות האנזים עוד יותר. אחרי שלושה סיבובים, האנזים המצטיין היה יעיל פי 256 מהאנזים המקורי, והיו בו עשר מוטציות בהשוואה למקור, שלא היתה דרך אחרת לגלות אותן שלא בעזרת כוחה של האבולוציה המוכוונת.

גם המסלול של סמית אל הגילוי שהביא אותו לנובל היה מפותל. סמית החל בתחילת שנות ה-80 לחקור בקטריופאגים – וירוסים התוקפים חיידקים (או בקיצור – פאגים) – בתקווה להשתמש בהם לשכפל גנים. באותה תקופה טכנולוגיית הדנ"א היתה בחיתוליה וריצוף הגנום האנושי חלום רחוק.

החוקרים ידעו שהגנום האנושי כולל את כל הגנים הדרושים לייצור החלבונים של הגוף, אלא שמציאת כל גן ספציפי היתה משימה כמעט בלתי אפשרית. אולם התועלת שהפיק מי שהצליח היתה עצומה. בשימוש בשיטות הגנטיות של התקופה החדירו חוקרים גנים לחיידקים, ואם התמזל מזלם החיידק היה מתחיל להפיק את החלבון הרצוי.

הרעיון של סמית היה להשתמש בפאגים בחיפוש אחר גנים. פאגים הם יצורים פשוטים. הם מורכבים מחתיכת חומר גנטי מוקף במעטפת חלבונים מגוננת. כדי להתרבות, הם מחדירים את הדנ"א שלהם לחיידק ומשתלטים עליו. החיידק מתחיל לייצר עותקים של הדנ"א של הפאג ואת חלבוני המעטפת, ומייצר פאגים חדשים. הרעיון של סמית היה לקחת חלקי גנים שתפקודם לא ידוע, ולשלב אותם בגן של אחד החלבונים במעטפת של הפאג. כשפאג זה ישתלט על חיידק, הוא יתחיל לייצר פאגים חדשים עם מגוון חלבונים במעטפתם, כולל החלבון שמקורו בגן שאת תפקידו מנסים לגלות.

בשלב הבא, תכנן סמית, חוקרים יוכלו להשתמש בנוגדנים שנקשרים לסוגים מסוימים של חלבונים כדי לדוג את הפאגים. אם החוקרים יצליחו למצוא משהו ב"מרק הפאגים" בשימוש בנוגדן שהם יודעים שנקשר לחלבון מסוים, המשמעות תהיה שהם גילו מה החלבון שלו אחראי הגן הלא ידוע.

ב-1985 הראה סמית שהרעיון הפשוט והמבריק שלו יכול לעבוד. אולם החשיבות הגדולה של הפיתוח של סמית לא היתה בשכפול גנים. בתחילת שנות ה-90 החלו כמה קבוצות חוקרים להשתמש בשיטה, שנקראת Phage Display, לפיתוח מולקולות ביולוגיות חדשות. אחד ממאמצי השיטה החדשה היה גרגורי וינטר. הודות לגילויים של וינטר, השיטה שפיתח סמית מביאה תועלת למין האנושי כולו.

המערכת הלימפית בגוף האדם מייצרת מאות אלפי סוגים שונים של נוגדנים. המערכת המשוכללת הזו מבטיחה שכל אותם נוגדנים לא ייקשרו לתאים השונים של הגוף ויפגעו בהם, ושהמגוון העצום יבטיח כי יהיה תמיד נוגדן שייקשר לווירוסים או לחיידקים שתוקפים את גוף האדם. אז הנוגדנים הנכונים נקשרים לחיידק ומשדרים מסר לתאי המערכת החיסונית לחסל אותו.

בשנות ה-80 ניסה המחקר המדעי לרתום את היכולת של הנוגדנים להיקשר לתא אחד מבין עשרות אלפים כדי לחסום תהליכים שונים בהתפתחות מחלות בגוף. כדי להשיג את הנוגדנים הדרושים, היו מחדירים לעכברים מחוללי מחלות שונים. אולם לשיטה זו היו מגבלות: חלק מהחומרים היו רעילים לעכברים, אחרים לא הפיקו את הנוגדנים הרצויים, ובנוסף, מערכת החיסון של מטופלים זיהתה את הנוגדנים שהופקו בשיטות אלה כפולשים ותקפה אותם.

זה היה המכשול שעליו רצה וינטר להתגבר בעזרת השיטה של סמית: לייצר נוגדנים בלי להצטרך לעכברים, אלא לייצר תרופות המבוססות על נוגדנים אנושיים, שהמערכת החיסונית שלנו לא תדחה. נוגדנים הם מולקולות בצורת Y, והזרועות שלהם מתחברות לחומרים אחרים. בשלב הראשון החדיר וינטר את דנ"א האחראי לייצור "זרועות הקשירה" של הנוגדן לפאג. התוצאה: פאג שבמעטפתו נקודת קשירה, שמתוכננת להתחבר למולקולה ספציפית.

וינטר נעזר במולקולה לברור את הפאגים הרצויים. הוא יצר ככה ספרייה עם מיליארדי פאגים עם גרסאות שונות של נוגדנים במעטפת שלהם. אז, בדומה לשיטה של ארנולד, הוא שינה באופן אקראי את הגנים של הנוגדנים בדור הראשון וברר את הנוגדנים המוצלחים ביותר בהיקשרות ליעדיהם, וחוזר חלילה. התרופה הראשונה שיוצרה בשיטה זו, לטיפול בדלקת מפרקים שגרונית, אושרה לשיווק ב-2002.

ארנולד, בת 62, עשתה את הדוקטורט שלה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי והיא היום פרופסורית להנדסה כימית במכון הטכנולוגי של קליפורניה. סמית, בן 77, עשה את הדוקטורט שלו באוניברסיטת הרווארד והוא היום פרופסור אמריטוס באוניברסיטת מיזורי בקולומביה, ארה"ב. סר וינטר, בן 67, עשה את הדוקטורט שלו באוניברסיטת קיימברידג' והוא היום פרופסור אמריטוס באוניברסיטה זו. 

אתמול זכתה החוקרת דונה סטריקלנד הקנדית והחוקרים ארתור אשקין האמריקאי וז'ראר מורו הצרפתי בפרס נובל לפיזיקה על מחקרים שערכו בתחום הפיזיקה של הלייזר. סטריקלנד היא האשה השלישית בהיסטוריה שזוכה בפרס נובל בפיזיקה, ואשקין, בן 96, הוא הזוכה המבוגר ביותר בתולדות הפרס.

שלשום זכו ג'יימס אליסון האמריקאי וטסוקו הונג'ו היפני בפרס נובל לרפואה על תגליות במחקריהם שהובילו לפריצות דרך בטיפול בסרטן. הם הראו כיצד אסטרטגיות שונות לדיכוי הבלמים של מערכת החיסון יכולות לסייע בטיפול בסרטן.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו