מגולם ועד נובל: התוכנות שסייעו לישראלים לשעבר לזכות בפרס הנכסף

בעקבות ההודעה מאתמול (ד') על זכייתם של הפרופסורים הישראלים לשעבר אריה ורשל ומיכאל לויט בפרס נובל לכימיה, רבים עוסקים בתגליות שלהם, אולם פחות מדברים על התוכנות שהם פיתחו, שסייעו להם להגיע לאותן תגליות.

גולם היה שמו של מחשב על במונחים של תקופתו – סוף שנות ה-70 וראשית שנות ה-80, שהריץ את התוכנות שסייעו למדעני מכון ויצמן לבצע את מחקריהם בתחומים השונים. בין היתר, הוא הריץ תוכנה שפיתחו הפרופסורים ורשל ולויט, שהיו אז חוקרים במכון, באמצעותה הם הריצו את האלגוריתמים למידול מולקולות גדולות – חלבונים – מה שהוביל לתגליות שבגינן הם זכו בנובל. עד אז היה נהוג למדל חלבונים באמצעות חבל וחרוזים התלויים על פניו, כאשר כל חרוז ציין 1 מ-20 חומצות האמינו הידועות מהן מורכבים כל החלבונים.

התוכנה שהם פיתחו אפשרה מידול של כל סוגי המולקולות, אפילו מולקולות ביולוגיות גדולות. אבל זה לא הספיק, כי מולקולות בדרך כלל לא נחות במקומן, אלא מבצעות פעולות הדדיות זו עם זו – דבר שהיה אז קשה מאוד למדל, מאחר שצריך את נתוני הקפיצה של חלקיקים בין הגלעינים של היסודות הכימיים המרכיבים את החלבון.

כשהצטרף פרופ' ורשל לזוכה השלישי בפרס, פרופ' מרטין קרפלוס מאוניברסיטת הרווארד, הוא הביא עמו את התוכנה שפיתח במכון ויצמן. מנקודת התחלה זו, הם פיתחו יחדיו סוג חדש של תוכנה, שביצעה סוגים שונים של חישובים על אלקטרונים שונים.

לדברי פרופ' אמנון הורוויץ מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן, "מדובר בעבודה חישובית-תיאורטית, שהמוטיבציה שהניעה אותה בתחילת הדרך הייתה לנסות להבין כיצד חלבונים מתקפלים. מדובר במין כתב חידה שהטבע פותר כל הזמן, יום יום שעה שעה. בהינתן הסדר הנכון, הוא יודע מה צריך להיות המבנה, והחלבון מתקפל למבנה הנכון. המטרה של המדענים במשך עשרות שנים היא לבצע את הניבוי הזה במחשב".

"הזוכים פיתחו כלים שמיועדים לחקות את התהליך במחשב. הבעיה לא פתורה עד היום, אבל הכלים שהם פיתחו הפכו שימושיים עבור בעיות אחרות, יותר 'קטנות'. למשל, כאשר פותרים מבנה של חלבון בעזרת קריסטלוגרפיה, כמו שעשתה זוכת פרס נובל אחרת, פרופ' עדה יונת, המבנה שמתקבל לא לגמרי נכון. צריך לתקן באמצעות הכלים החישוביים שהם פיתחו".

האם יש משמעות לכושר החישוב?
"בהחלט. העובדה שכושר החישוב השתפר מאוד שינתה את התמונה ומאפשרת לקצר את הזמן. בזמן שהם גילו את תגליותיהם האופציה למדל הייתה מוגבלת וכיום ניתן לעשות סימולציות יותר ארוכות. אפשר לתאר את החלבון באמצעות המחשב בצורה יותר מדויקת מכפי שעשו אז. הייתה התקדמות גדולה, אבל כאמור, השאלה הבסיסית שעלתה בימים ההם עדיין פתוחה".