هل سيفوز الفائز بجائزة نوبل في الكيمياء عام 2001 مرة أخرى هذا العام؟

القائمة المختصرة للمرشحين لجائزة نوبل في الكيمياء 2013 لا تضم ​​إسرائيليين، لكن مفاجآت أخرى متوقعة

لاحظ، على عكس الفيزياء ولكن كما هو الحال في الطب هذا العام، فقد أخطأ التوقع. الفائزون هم البروفيسور مارتن كاربيلوس من جامعة هارفارد، ومايكل ليفيت من جامعة ستانفورد والبروفيسور أرييه فارشيل من جامعة جنوب كاليفورنيا، خريج التخنيون ومعهد وايزمان

اختبار أميس للطفرات

المرشحون: بروس ن. أميس، باحث أول، معهد أبحاث مستشفى أوكلاند للأطفال، أوكلاند كاليفورنيا، وأستاذ فخري في قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية، جامعة كاليفورنيا في بيركلي، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية.

تم ترشيح أميس لجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2013 عن: "اختراع اختبار أميس للطفرات".
وعندما أصبح من الواضح أن تفشي مرض السرطان يمكن أن ينجم عن عدد من المواد الكيميائية، كان لا بد من إجراء اختبار لفحص هذه المواد قبل الموافقة على استخدامها في البشر. كان اختبار المواد على الحيوانات بطيئًا ومكلفًا ويتطلب تعريضها لكميات غير واقعية من المركب الذي يتم اختباره. وكانت النتائج الإيجابية لمثل هذه الاختبارات تؤدي بانتظام إلى تلقي تنبيهات من العامل نفسه، في حين تلقي معلومات غير مؤكدة بشأن احتمال أن تكون المواد الكيميائية التي يصنعها الإنسان مسؤولة عن الإصابة بالسرطان لدى البشر. وكان هذا مهمًا بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالمواد الكيميائية المستخدمة كمبيدات حشرية، أو المواد الكيميائية المنزلية، أو تلك المستخدمة كمضافات غذائية. ثم جاء اختبار أميس الذي غير كل شيء.

وتبين أن اختبار أميس كان سريعًا ورخيصًا وسهل الاستخدام، ولم يتطلب مشاركة خبير. يعتمد الاختبار على بكتيريا، وتحديدًا بكتيريا السالمونيلا تيفيموريوم. وباستخدام هذا الاختبار، أصبح من الممكن فحص عدد كبير من المواد الكيميائية، الطبيعية منها والاصطناعية، مع الحصول على نتائج موثوقة. تم نشر اختبار أميس في عام 1975 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 72: 5135-9) وأدى إلى تغيير في مرجع واستخدام المصطلح العام للغاية "المادة المسببة للسرطان"، والذي تم استخدامه بشكل سيئ ولم تعد شائعة في الوقت الحاضر.
وفي السنوات التي تلت ذلك، قام أميس بتحسين أسلوبه. مقالته الأكثر اقتباسًا (أبحاث الطفرة 113: 173-215)، والتي تعرض طرقًا محسنة لاختبار الطفرات باستخدام بكتيريا السالمونيلا، تم الاستشهاد بها أكثر من 5200 مرة حتى الآن.
تم توسيع اختبار أميس لاختبار المواد الكيميائية الطبيعية، ونتيجة لذلك تم اكتشاف أن العديد منها لديها نشاط مطفر، مما أثار دهشة العديد من الباحثين.

واصل أميس بحثه عن الطفرات وحاول ربطها بجذور الأكسجين أيضًا، وهي محاولة أسفرت عن مقال مهم نُشر عام 1983 وتم الاستشهاد به حوالي 2400 مرة (Science, 221: 1256-64). وقد تم الاستشهاد بورقته البحثية عام 1993 حول دور هؤلاء المتطرفين في تطور الأمراض التنكسية المرتبطة بالعمر ما يقرب من 3500 مرة (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 7915-22).

تكنولوجيا النانو الحمض النووي

المرشحون: بول إليبيساتوس أستاذ علم النانو وتقنية النانو في مجموعة سامسونج، أستاذ الكيمياء وعلوم المواد وهندسة المواد، ومدير مختبر لورانس بيركلي الوطني، جامعة كاليفورنيا، بيركلي، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية، تشاد ميركين Chad A. Mirkin ، أستاذ الكيمياء، جامعة نورث وسترن، إيفانستون، إلينوي، الولايات المتحدة الأمريكية ونادريان سي. سيمان، أستاذ الكيمياء، جامعة نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية. تم ترشيح الثلاثة لجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2013 عن: "مساهمتهم المشتركة في مجال تكنولوجيا النانو في الحمض النووي".

لعقود عديدة تم استخدام الجزيئات الغروية كملونات (أصباغ). فاللون الأحمر للزجاج الملون، على سبيل المثال، ينشأ من جزيئات الذهب الغروية. ونحن نعلم اليوم أن سلوك هذه المواد يرجع إلى كونها عناقيد نانومترية من ذرات الذهب. في الماضي، كان الاستخدام العلمي لهذه الجسيمات محدودًا جدًا. على الرغم من أن هذه المواد كانت تستخدم بالفعل كأصباغ تهدف إلى زيادة التباين في المجهر الإلكتروني، إلا أنها لم تحظ باهتمام الكيميائيين، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أنها لم يتم تعريفها على أنها جزيئات في حد ذاتها. ومع ذلك، فهي اليوم مجال بحثي نشط، وكان دمجها مع الحمض النووي مفيدًا بشكل خاص. الحمض النووي هو الجزيء الأكثر أهمية وتعقيدًا في الطبيعة، وقد أدى ربطه بالجسيمات المعدنية النانوية إلى نتائج غير مسبوقة. ويعرف هذا المجال الآن باسم تكنولوجيا النانو DNA، والكيميائيون الثلاثة المرشحون للجائزة هم المسؤولون عن نمو وازدهار هذا المجال.

أليفيساتوس هو خبير عالمي في كيمياء البلورات النانوية. وقد تم الاستشهاد بإحدى مقالاته (العلم، 271: 933-937، 1996) 6400 مرة. وهو أيضًا خبير في تطبيق هذه البلورات، على سبيل المثال كعلامات بيولوجية (Science, 281: 2013-6, 1998، مقال تم الاستشهاد به 4400 مرة). أثبت استخدامه للحمض النووي في هذا المجال لعالم العلوم مدى تنوع جزيء الحمض النووي. استخدم الجزيء لتوجيه نمو البلورات وتطوير مواد جديدة (Nature, 382: 609-11, 1996) وحتى لقياس المسافات النانومترية (Nature Nanotechnology, 1: 47-52, 2006).

نشر تشاد ميركين 11 ورقة بحثية، تم الاستشهاد بكل منها أكثر من ألف مرة. تشير مقالته الأكثر اقتباسًا (حوالي 3000 مرة) إلى طريقة استخدام الحمض النووي لتجميع الجسيمات النانوية معًا لبناء مواد أكبر وأكثر فائدة (Nature, 382: 607-9, 1996). تتضمن الطريقة أليغنوكليوتيدات الحمض النووي التي ترتبط بها مجموعة الكبريت (SH) التي تنجذب وترتبط بذرات الذهب. وفي مقالة منشورة منذ فترة طويلة، أثبت الباحث أنه من الممكن فصل ذرات الذهب وتكوين أحماض نووية كروية ذات خصائص رائعة (J. Am. Chem. Soc., 134: 1376-91, 2012). مقال مهم آخر، نُشر في مجلة Science المرموقة (289: 1757-60، 2000، تم الاستشهاد به 1500 مرة)، يناقش تحليل مصفوفات الحمض النووي التوافقي باستخدام مجسات مكونة من جسيمات نانوية.

لقد جمع نادريان سيمان بين مجال الحمض النووي ومجال تكنولوجيا النانو بالطريقة الأكثر فائدة وتطبيقًا. تصف إحدى مقالاته، التي نشرت في مجلة Nature المرموقة (394: 539-44، 1998، وتم الاستشهاد بها ما يقرب من 1200 مرة) التصميم والتجميع الذاتي لبلورات الحمض النووي ثنائية الأبعاد، وهي عملية تتيح تطوير وحدات متكررة محددة في حجم البرميل نانومتر ويمكن تحليله بواسطة مجهر القوة الذرية. مقالته السابقة بعنوان: "التوليف من الحمض النووي لجزيء مع اتصال مكعب"، نُشرت أيضًا في المجلة العلمية Nature (350: 631-3، 1991) وألمح إلى ما يلي - على الرغم من أن الباحث نفسه ادعى ذلك لقد فكر في إمكانية إنشاء شبكات DNA ثلاثية الأبعاد قبل عشر سنوات، بل وألمح إليها في مقال قدمه إلى المجلة العلمية Journal of Theoretical Biology (99: 237-47) في عام 1982.

وحدات الكيمياء فوق

المرشحون، إم جي فين، أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية، معهد جورجيا للتكنولوجيا، أتلانتا، جورجيا، الولايات المتحدة الأمريكية. فاليري ف. فوكين، أستاذ مشارك في الكيمياء، معهد سكريبس للأبحاث، لا هويا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية B and K. باري شاربلس، أستاذ الكيمياء، معهد سكريبس للأبحاث، لا هويا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية. تم ترشيح الثلاثة لجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2013 عن: "تطوير كيمياء النقر المعيارية".

تنتج الطبيعة الملايين من المواد العضوية، وهي تفعل ذلك بكفاءة من حيث المواد الخام واستهلاك الطاقة، مع الحصول على استخدامات عالية وبدون منتجات ثانوية تتطلب التخلص منها كقمامة، في بيئات تحتوي على الماء والمذيبات العضوية، ومع الحصول على النتيجة الدقيقة المطلوبة. بناء. وهذا يعني أنه إذا كان من الممكن الحصول على جزيء ذو عدم انطباقية معينة، فسيتم إنتاج الجزيء ذو البنية المطلوبة فقط. يهدف المجال الاصطناعي المعروف باسم "كيمياء النقر" إلى هذا النوع من التوليف. مهدت الجهود التعاونية للباحثين الثلاثة مسارات جديدة للتخليق الكيميائي باستخدام طريقة النقر.

المثال الأكثر نجاحا لكيمياء النقر هو تفاعل Huisgen cycloaddition (تفاصيل التفاعل على ويكيبيديا) حيث يتم تشكيل حلقة خماسية مع ثلاث ذرات نيتروجين مجاورة. يظهر رد الفعل هذا، والعديد من ردود الفعل الأخرى الشبيهة بالنقر، في الورقة الأولى التي نشرها شاربلس وفين في عام 2001 والتي قدموا فيها الفكرة لأول مرة (Angewandte Chemie International Edition, 40: 2004-21) والتي تم الاستشهاد بها منذ ذلك الحين أكثر من 4200 مرة. وذكر الباحثون في هذا المقال أن الطبيعة تفضل إنتاج وحدات جزيئية صغيرة ترتبط فيها ذرة الكربون بذرات أخرى، وفي الخطوة التالية تقوم بربط هذه الوحدات معًا لتكوين البروتينات والكربوهيدرات. تم تعريف طريقة التوليف هذه على أنها كيمياء النقر.

تجد Click chemistry تطبيقات في مجالين رئيسيين: علوم الحياة وعلوم المواد. ومن الأمثلة على استخداماته في علوم الحياة إضافة مجموعة وضع العلامات إلى الجزيء الحيوي، وهو تكوين ذو إمكانات كبيرة للتطبيقات التشخيصية. في مجال علم المواد، تتيح كيمياء النقر إنشاء مواد مثل البوليمرات والطلاءات الخاصة للأسطح ذات الخصائص غير العادية.

ونجح الباحثون الثلاثة في تقليد الطبيعة باستخدام الماء كمذيب بدلا من المذيبات العضوية التي يستخدمها الكيميائيون عادة. وقد تم الاستشهاد بورقتهم البحثية لعام 2005 (Angewandte Chemie International Edition, 44: 3275-9) أكثر من 600 مرة. في هذه المقالة، يوضح الباحثون كيف يمكن تصنيع المركبات العضوية في محلول مائي على الرغم من أن المواد الأولية غير قابلة للذوبان في الماء، وكيف تتم هذه التفاعلات بسرعة، في درجة الحرارة المحيطة، ومع الحصول على عوائد عالية، وهي طريقة يسمى "رد الفعل على سطح الماء".
قام الباحث فين أيضًا بتعديل أسلوب النقر باستخدام إنزيم أستيل كولينستراز لبناء جزيئات مختلفة (Angewandte Chemie International Edition, 41: 1053-7، تم الاستشهاد به 428 مرة)، بالإضافة إلى إنشاء أنواع مختلفة من البوليمرات.

ركز بوكين على التفاعلات المحفزة بالمعادن. وقد تم الاستشهاد بورقته البحثية عام 2002 مع شاربلز (Angewandte Chemie International Edition, 41: 2596-9) حول تفاعل Huisgen متعدد الخطوات باستخدام محفز النحاس (I) أكثر من 4000 مرة. تم الاستشهاد بالمقالة التي توضح بالتفصيل استخدام طريقة النقر لتخليق الهياكل المعقدة المعروفة باسم التشعبات (Angewandte Chemie International Edition, 43: 3928-32) حوالي 700 مرة.

وإذا فاز هؤلاء الباحثون الثلاثة بجائزة نوبل للكيمياء، فستكون ثاني جائزة نوبل للكيمياء يفوز بها الباحث شاربلز. حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2001 عن "أبحاثه حول تفاعلات الأكسدة المحفزة اللولبية". مُنحت هذه الجائزة أيضًا مناصفة للباحثين William S. Knowles وRyoji Noyori عن "أبحاثهما حول تفاعلات الهدرجة المحفزة اللولبية".

لمزيد من التفاصيل