Αρι Βάρσελ, Καθηγητής Χημείας και Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας

Ανακοινώνοντας την Τετάρτη 9 Οκτωβρίου 2013 το εφετινό βραβείο της αγαπημένης επιστήμης του Αλφρεντ Νομπέλ, τα μέλη της Σουηδικής Ακαδημίας ήταν ενθουσιασμένα: «Γεφύρωσαν τη θεωρητική με την πειραματική χημεία» ήταν ο ένας λόγος, «ένωσαν την κλασική με την κβαντική χημεία» ήταν ο άλλος. Ποιοι το έκαναν; Ο αυστριακός καθηγητής Χημείας των Πανεπιστημίων Χάρβαρντ και Στρασβούργου Μάρτιν Κάρπλους (Martin Karplus), ο βρετανός καθηγητής Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ Μάικλ Λέβιτ (Michael Levitt) και ο ισραηλινός καθηγητής Χημείας και Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας Αρι Βάρσελ (Arieh Warshel).

Επίσημα το βραβείο των οκτώ εκατομμυρίων κορονών (919.596 ευρώ) που θα μοιραστούν τους απονεμήθηκε για την «ανάπτυξη πολυκλιμακούμενων μοντέλων για τα πολύπλοκα χημικά συστήματα». Πίσω από αυτή τη φράση κρύβεται η ευγνωμοσύνη όλων των επιστημών ζωής προς τους ανθρώπους που τους έδωσαν τα υπολογιστικά εργαλεία κατανόησης της γλώσσας επικοινωνίας των έμβιων μορίων. Αστραπιαίες χημικές αντιδράσεις που η κλασική χημεία αδυνατούσε να παρακολουθήσει γίνονται τώρα αντιληπτές. Μέσω των υπολογιστών διεργασίες όπως ο καθαρισμός των αερίων της εξάτμισης του αυτοκινήτου μας από τον καταλύτη ή το πώς τα φάρμακα στοχεύουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες στο σώμα μας έγιναν κατανοητές. Οι υπολογισμοί που γίνονται ανήκουν στο πεδίο της κβαντικής φυσικής και λογικά θα απαιτούσαν τεράστια υπολογιστική ισχύ για να επιτελεσθούν. Οι τρεις ερευνητές που βραβεύθηκαν όμως είχαν τη ρηξικέλευθη ιδέα.

Μάικλ Λέβιτ, Καθηγητής Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ

Ολα ξεκίνησαν το 1967, όταν ο Μάικλ Λέβιτ ήταν τελειόφοιτος Φυσικής στο Kings College του Λονδίνου. Εχοντας παρακολουθήσει την τηλεοπτική σειρά «Το νήμα της ζωής» («The thread of life», BBC, 1964), είχε αποφασίσει ότι έπρεπε να κάνει το διδακτορικό του στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (MRC) του Κέιμπριτζ. Τον απέρριψαν, όμως, οπότε κατέφυγε για μια τέτοια εξειδίκευση στο Ινστιτούτο Weizmann του Ισραήλ, όπου από το 1963 είχαν φτιάξει τον υπολογιστή βιολογικών διεργασιών Golem. Συνεργάστηκε εκεί με τον διδακτορικό φοιτητή Αρι Βάρσελ και σε λίγους μόνο μήνες δόμησαν το πρόγραμμα CCF που επέτρεπε τον υπολογισμό της ενέργειας, των δυνάμεων και της καμπυλότητας κάθε μοριακού συστήματος. Με αυτό το πρόγραμμα έγινε εφικτή η πρώτη ελαχιστοποίηση ενέργειας ολόκληρων δομών πρωτεΐνης (μυοσφαιρίνης και λυσοζύμης), που αργότερα έγινε γνωστή ως τελειοποίηση ενέργειας (energy refinement).

Τελικά ο Λέβιτ έκανε το διδακτορικό του στο MRC του Κέιμπριτζ αλλά επέστρεψε στο Ινστιτούτο Weizmann για το μεταδιδακτορικό του και το 1973 εργάστηκε ξανά με τον Βάρσελ –που είχε τελειώσει το μεταδιδακτορικό του στο Χάρβαρντ –προσπαθώντας να υπολογίσουν τη στερεοδιάταξη των πρωτεϊνών και τις αντιδράσεις των ενζύμων. Στο μεταξύ όμως το πρόγραμμά τους CFF είχε φτάσει στο εργαστήριο του Μάρτιν Κάρπλους, στο Χάρβαρντ, από το 1969. Εκεί ο ερευνητής Μπρους Γκέλιν (Bruce Gelin) το τελειοποίησε και το 1977 δημοσίευσε μαζί με τους Andy McCammon και Martin Karplus τη μνημειώδη εργασία τους προσομοίωσης της δυναμικής των πρωτεϊνών.
Την ίδια αυτή περίοδο (1969-1977) ξεκίνησε και η εποποιία της ανάλυσης αλληλουχίας που όλοι μάθαμε κατοπινά από την αποκρυπτογράφηση του DNA. Το 1969 η ανάλυση των αλληλουχιών του tRNA αποκάλυψε μια συσχετισμένη αλλαγή βάσης (δύο βάσεις που δεν βρίσκονται σε ένα ελικοειδές στέλεχος αλλάζουν μαζί προκειμένου να διατηρήσουν τη λειτουργία τους) υποδεικνύοντας πιθανή αλληλεπίδραση. Το 1971 οι Needleman και Wunsch εφήρμοσαν τα υπολογιστικά εργαλεία δυναμικού προγραμματισμού των Λέβιτ – Βάρσελ – Κάρπλους και βρήκαν τη στοίχιση των αλληλουχιών (sequence alignment). Τέλος, το 1977 ο Frederick Sanger και οι συνεργάτες του στο MRC Cambridge χρησιμοποίησαν τα ίδια εργαλεία για την ανάπτυξη μεθόδου εύρεσης της αλληλουχίας του DNA, μέχρι που την ίδια εκείνη χρονιά αποκρυπτογραφήθηκε το πρώτο πλήρες γονιδίωμα DNA (του βακτηριοφάγου φΧ174).
Από τότε και έπειτα οι επιστήμες ζωής πέρασαν σε κυριολεκτικά νέο αιώνα εξέλιξης. Το 2000 η εταιρεία Lynx Therapeutics παρουσίασε τη «μαζική αλληλούχιση παράλληλης υπογραφής» (MPSS –η πρώτη εμπορικά διαθέσιμη τεχνολογία αλληλούχισης) και το 2004 η 454 Life Sciences παρουσίασε μια παράλληλη έκδοση της «πυραλληλούχισης» (pyrosequencing). Τώρα πλέον οι εμβιομηχανικοί πειραματίζονται με τη δημιουργία κυττάρων σε εκτυπωτές… Οι Μάικλ Λέβιτ, Αρι Βάρσελ και Μάρτιν Κάρπλους θα μείνουν στην ιστορία ως οι νέοι Προμηθείς της ανθρωπότητας.

ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ