سباق الأساتذة.. مَن سيربح جائزة نوبل في العلوم 2023؟

تفصلنا أيام قليلة فقط عن أكبر استعراض علمي ينتظره متخصصو وهواة العلوم بشغف شديد، وتكون أيام إعلان جوائز نوبل فرصة عظيمة لمهرجانات علمية متزامنة احتفالا بالجائزة، سوف تبدأ نوبل هذا العام في الثاني من أكتوبر/تشرين الأول بإعلان جائزة الطب والفسيولوجيا، ثم الفيزياء في الثالث من أكتوبر/تشرين الأول، والكيمياء في الرابع من أكتوبر/تشرين الأول.

وكانت مؤسسة تومسون رويترز العلمية الشهيرة، التي تُعرف الآن تحت اسم "كلاريفت"، قد دأبت على عادة ممتعة ومهمة كل عام، وهي أن تقوم، في أواخر سبتمبر/أيلول، بنشر توقعاتها لجائزة نوبل، معتمدة على معايير حاسمة تتضمن قدر الإسهام البحثي لمجموعة كبيرة من العلماء لتحديد أيهم سوف يكون "شخصية نوبل" لهذا العام، تضم شروط الاختيار أن تكون أبحاث تلك الشخصية هي الأكثر استشهادا بين الباحثين، وأن يكونوا الأوائل في اكتشافاتهم، بحيث تمثل تلك الأبحاث نافذة جديدة تماما لمجالات بحثية جديدة وأصيلة، مع ضمان تاريخ حافل بالجوائز العلمية الشهيرة والرصينة رفيعة الشأن، مع محاولة لمقارنة هذا الإنجاز بالجوائز السابقة التي أقرتها هيئة نوبل، ثم الخروج بقائمة تضم 12 ترشيحا، 3 ترشيحات لكلٍّ من الفيزياء، والطب أو الفيسيولوجيا، ثم الكيمياء.

وقد دأبنا في "ميدان" منذ سبعة أعوام مضت على تغطية ملف جوائز نوبل ومن قبلها توقعاتها، وهذا العام وضعنا إضافة جديدة نأمل أن تكون مفيدة، وهي أننا أرفقنا كثيرا من تلك الترشيحات بمحاضرات ولقاءات على منصة يوتيوب لبعض هؤلاء العلماء، بحيث تكون مفيدة لمَن أراد التوسع في التعرف على تلك النطاقات، وهي بحق فتوح علمية بديعة.

الطب والفسيولوجيا.. من السرطان إلى النوم العميق

أعطت المؤسسة أول ترشيحاتها لكلٍّ من كارل هـ. جون، أستاذ العلاج المناعي في قسم علم الأمراض والطب المخبري، كلية بيرلمان للطب بجامعة بنسلفانيا، وستيفن أ. روزنبرغ، وهو باحث أول ورئيس فرع الجراحة في مركز أبحاث السرطان بالمعهد الوطني للسرطان، الولايات المتحدة الأميركية، وميشيل سادلين، الباحثة ومدير مركزة هندسة الخلايا في مركز ميموريال سلون كيترينج للسرطان، والثلاثة أميركيون، عن إنجازاتهم في نطاق العلاج بالخلايا التائية لمستقبلات المستضد الخميري (chimeric antigen receptor T-cell therapy) في نطاق السرطان.

اقتُرح هذا النظام العلاجي للسرطان في الثمانينيات من القرن الفائت، ويعتمد على بروتينات تُصمَّم بدقة وتُزرع في الخلايا التائية (وهي نوع من خلايانا المناعية) فيعطيها القدرة على التعرف واستهداف الخلايا السرطانية بشكل أكثر فاعلية. يقوم العلماء بجمع الخلايا التائية من البشر، ثم تغييرها وراثيا، ومن ثم حقنها مرة أخرى في المرضى، بعد الحقن فإن الخلايا في المريض تعمل بمنزلة "دواء حي"، حيث تقترب من الخلايا السرطانية، وما إن تتعرف عليها حتى ترتبط بها وتشرع في التكاثر وتصبح سامة بالنسبة لها فقط، دونا عن خلايانا العادية.

أما في المركز الثاني فيأتي روب نايت، مدير مركز ابتكارات الميكروبيوم وأستاذ طب الأطفال والهندسة الحيوية وعلوم وهندسة الحاسوب في جامعة كاليفورنيا بالولايات المتحدة، عن أبحاثه الحسابية والتجريبية التي تكشف عن النظم البيئية الميكروبية المعقدة لجسم الإنسان.

يوجد في أي جسم بشري نحو 30 تريليون خلية بشرية، لكن الميكروبيوم (Microbium) لدينا يُقدَّر بنحو 39 تريليون خلية ميكروبية، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والفطريات التي تعيش في الجسم البشري، لكن نظرا لصغر حجمها فإنها تشكل نحو 1-3% فقط من كتلة الجسم، لكن أبحاث نايت كشفت أن تأثير هذه الكتلة الصغيرة كبير إلى حدٍّ لا تتصوره، فهي لا تساعد فقط على هضم طعامنا، وإنما تقوي من جهازنا المناعي وتساعدنا في مقاومة الأمراض، والأهم أنها ربما تؤثر في سلوكنا وشخصياتنا، أو بحد تعبير نايت في إحدى محاضراته: "ربما تؤثر على اختيارك لشريك/شريكة حياتك".

وفي الترشيح الثالث تطرح المؤسسة كليفورد بي. سابر، أستاذ علم الأعصاب بجامعة هارفارد الأميركية، وإيمانويل مينوت، أستاذ طب النوم في جامعة ستانفورد الأميركية، وماساشي ياناجيساوا، مدير المعهد الدولي لطب النوم التكاملي في جامعة تسوكوبا اليابانية، عن دراساتهم الجينية والفسيولوجية لدورة النوم والاستيقاظ واكتشاف منظومة الهيبوكريتين/الأوركسين بوصفهما منظمين مهمين للنوم ومتورطين في إحداث مرض التغفيق (Narcolepsy).

ينطلق إنجاز هؤلاء العلماء من مَثَل شهير يقول: "إذا عُرف السبب بطل العجب"، ويُترجم طبيا لفكرة أن معرفة دقائق عملية فسيولوجية ما تُسهِّل الحصول على علاج لمرض متعلق بها، ونتحدث هنا عن مرض شديد الوطأة هو التغفيق، وهو مرض عصبي مزمن يُفقد الدماغ قدراته على تنظيم دورات النوم والاستيقاظ بشكل طبيعي، فيعاني مرضاه من نعاس شديد في النهار يحدث فجأة، ويعانون أيضا من اضطراب النوم ليلا، وقد يعانون من الجمدة وهي حدوث ضعف مفاجئ ومؤقت في العضلات مصحوبا بالوعي الكامل، ويحدث غالبا نتيجة لانفعالات مثل الضحك أو الغضب أو البكاء، إلخ. إلى الآن، لا يوجد علاج لهذا المرض الذي يصيب 1 من كل 2000 شخص على الكوكب.

الفيزياء.. من الليزر إلى ذاكرة حاسوبك

أما بالنسبة للفيزياء، فإن المؤسسة ترشح فيديريكو كاباسو، أستاذ الفيزياء التطبيقية في كلية جون إيه. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية، بجامعة هارفارد، عن أبحاثه الرائدة في مجال الضوئيات والبلازمونات والأسطح الخارقة، بالإضافة إلى مساهماته في اختراع وتحسين الليزر المتتالي الكمي.

الليزر المتتالي الكمي (quantum cascade laser) هو نوع من الليزر يعمل بناء على مبادئ ميكانيكا الكم، مصمم لإصدار الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي وليس الضوء المرئي. المكون الأساسي لهذه المنظومة هو سلسلة من طبقات أشباه الموصلات، عادة ما تكون مصنوعة من مواد مثل زرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم.

عند تمرير سيل من الإلكترونات (تيار كهربائي) في هذه السلسلة من أشباه الموصلات، فإنها تخضع لعملية تسمى "نفق الرنين"، وهي ظاهرة كمومية غاية في العجب بالنسبة لشخص عادي مثلنا ومثلك، حيث يمكن للإلكترون خلالها المرور عبر حواجز من الطاقة عادة ما تكون عالية جدا بحيث لا يمكنه في الحالة العادية التغلب عليها، ينتج عن هذه العملية فوتونات ضوء بخصائص يمكن تحديدها بدقة عبر تغيير تلك الطبقات، ما يسمح بتطبيقات واعدة جدا في نطاقات استشعار الغاز، والتحليل الطيفي، والاتصالات، والميكروسكوبيا المتقدمة، وغيرها من التطبيقات.

وفي الترشيح الثاني تقترح المؤسسة شارون سي جلوتزر، أستاذة علوم وهندسة المواد بجامعة ميشيغان، لبحوثها في توضيح دور الإنتروبيا في عملية التجميع الذاتي للمادة، ومن ثم إدخال استراتيجيات للتحكم في عملية التجميع لهندسة مواد جديدة.

التجمع الذاتي (self-assembly) هو اصطلاح يعبر عن ظاهرة مدهشة، فقط فكِّر في أن هناك أحجية ورقية ما عبارة عن قطع مبعثرة لإحدى اللوحات التي رسمها فان جوخ، ولكن المثير للانتباه أن قطع تلك الأحجية اجتمعت معا لتصنع اللوحة الكاملة بلا تدخل منك، بالنسبة لك فهذا مستحيل، وإن حصل فإنه مخيف لا شك، لكن على مقياس صغير جدا (الجزيئات والذرات) فإنه يحصل بشكل طبيعي في الطبيعة وداخل جسمك وفي كل لحظة تقريبا، تبحث شارون في دور نظرية الفوضى وكيف توصّلنا إلى التجمع الذاتي، لأن فهم هذه العمليات يمكننا من بناء منظومات تجمع نفسها ذاتيا دون الحاجة إلى تفاعلات كيميائية معقدة.

أما في المركز الثالث للترشيحات فإن المؤسسة تقترح ستيوارت إس. بي. باركين، وهو مدير معهد ماكس بلانك لفيزياء البنية الدقيقة وأستاذ في معهد الفيزياء بجامعة مارتن لوثر هالي الألمانية، وذلك عن إنجازاته في نطاق مجال الإلكترونيات السبينية، وعلى وجه التحديد تطوير ما يسمى بـ"ذاكرة مضمار السباق" لزيادة كثافة تخزين البيانات.

تُمثِّل "ذاكرة مضمار السباق" (Racetrack memory) ثورة في فيزياء الحوسبة، حيث يمكنها استبدال أقراص التخزين في الحواسيب ولكن بأداء أفضل بـ10 ملايين مرة، فمثلا يمكن لجهاز تخزين شخصي يستخدم ذاكرة مضمار السباق أن يكون بحجم دبوس تضعه في سترتك ويسجل كل محادثة تجريها لسنوات طويلة قبل أن تُملأ الذاكرة بالكامل!

لكن ما يجعل ذاكرة مضمار السباق مثيرة جدا للاهتمام هو سرعة الوصول إلى البيانات، حيث يمكنها قراءة أو كتابة المعلومات في أقل من 1 إلى 10 نانو ثانية،  تفعل محركات الأقراص الثابتة الشيء  نفسه خلال 3 ملايين نانو ثانية، وإلى جانب ذلك فإن هذه التقنية التي طورها ستيوارت ستكون أرخص بفارق كبير، ما يساعد على توفير حواسيب أفضل ولكن بسعر مخفض، ويعتقد أنها ستحل محل الأقراص الصلبة في حواسيبنا وحتى أجهزة الذاكرة الخارجية (الفلاش ميموري) في وقت ليس ببعيد.

الكيمياء.. من البيولوجيا التركيبية إلى توصيل الدواء

أما في نطاق الكيمياء فترشح المؤسسة جيمس ج. كولينز، أستاذ الهندسة الطبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومايكل إلويتز، الأستاذ بقسم علم الأحياء والهندسة البيولوجية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، وستانيسلاس ليبلر، الأستاذ في مختبر المادة الحية بجامعة روكفلر الأميركية، لعملهم الرائد في دوائر الجينات الاصطناعية، الذي أطلق مجال البيولوجيا التركيبية.

دوائر الجينات (genetic circuit) هي مزيج بين شيئين لم تكن تتصور أنهما يمكن أن يجتمعا، الأول هو الجينات والبروتينات التي تُمثِّل المكون الأساسي للحياة على كوكب الأرض، والثاني هو العمليات المنطقية على الحواسيب، على سبيل المثال: عملية تقول إن النتيجة كذا تظهر إذا أعطيت الحاسوب القيمة كذا وكذا وكذا، أو عملية تقول إن النتيجة كذا تظهر إذا أعطيت الحاسوب كذا أو كذا أو كذا، أو عملية تقول إن النتيجة تظهر إذا أعطيت الحاسوب أي شيء غير كذا وكذا وكذا، لاحظ الاختلافات المنطقية بين العمليات الثلاث، فمن خلال دوال من هذا النوع تتم عملية الحوسبة التي تتمخض في النهاية عن كل شيء تفعله على الحاسوب.

لكن ماذا لو تمكننا بطريقة ما -ابتكرها هذا الثلاثي- من إخضاع قطع من الجينات والبروتينات لعمليات منطقية قادمة من عالم الحوسبة؟ الإجابة هي البيولوجيا التركيبية (synthetic biology)، وهي أحد مجالات العلوم التي تتضمن هندسة الكائنات الحية (البكتيريا مثلا أو الفيروسات) لأغراض مفيدة، مثل بناء دواء جديد أو صناعة الوقود، أو قد تكتسب قدرة جديدة مثل استشعار شيء ما في البيئة، أو المعالجة الحيوية لتنظيف المياه والتربة والهواء من الملوثات.

على سبيل المثال لا الحصر، عُدِّل الأرز لإنتاج البيتا كاروتين، وهو مادة مغذية ترتبط عادة بالجزر، تمنع نقص فيتامين أ. يسبب نقص فيتامين أ العمى لدى ما بين 250 ألف إلى 500 ألف طفل كل عام، ويزيد بشكل كبير من خطر وفاة الطفل بسبب الأمراض المعدية، مثال آخر: صُمِّمت الخميرة لإنتاج زيت الورد بديلا صديقا للبيئة ومستداما للورود الحقيقية التي يستخدمها العطارون لصنع روائح فاخرة.

أما في الترشيح الثاني فنلتقي بشانكار بالاسوبرامانيان، أستاذ الكيمياء الطبية في جامعة كامبريدج، وديفيد كلينرمان، الأستاذ أيضا بجامعة كامبريدج في المملكة المتحدة، عن مشاركتهما في ابتكار منهجية تسلسل الحمض النووي من الجيل التالي، التي أحدثت ثورة في الأبحاث البيولوجية.

تسلسل الحمض النووي هو عملية تحديد ترتيب وحدات البناء الكيميائية الأربعة التي تُشكِّل جزيء الحمض النووي، وبالتبعية فهو يساعد العلماء على فهم المعلومات الوراثية الموجودة في الحمض النووي الذي يُمثِّل شفرة سماتنا بالكامل، من طول الشعر ولون العينين إلى أدق العمليات الحيوية.

يقدم الجيل القادم من تسلسل الحمض النووي (next-generation DNA sequencing) العديد من المزايا مقارنة بطرق تسلسل الحمض النووي التقليدية، منها الإنتاجية العالية وتقليل الهدر والحساسية الشديدة لعينات الحمض النووي، والفاعلية بالنسبة للتكلفة بحيث أصبحت بأسعار مقبولة للأطباء والباحثين، أضف إلى ذلك أنه يمكن لمنصات الجيل القادم من تسلسل الحمض النووي توليد النتائج خلال ساعات أو أيام بحد أقصى، يُعَدُّ الوقت السريع مفيدا بشكل خاص في الإعدادات الإكلينيكية حينما يتطلب الأمر تشخيصا سريعا أو اتخاذ قرارات علاجية عاجلة. كل تلك المزايا (وغيرها) فتحت الباب لتطورات كبيرة في نطاقات الطب الشخصي وأبحاث الأمراض والبيولوجيا التطورية والزراعة والطب الشرعي، والعديد من المجالات الأخرى.

أما في الترشيح الثالث فتضع المؤسسة أزونوري كاتاوكا، مدير المركز، مركز الابتكار في طب النانو والأستاذ الفخري في جامعة طوكيو اليابانية، وفلاديمير ب. تورشيلين، الأستاذ في قسم العلوم الصيدلانية بجامعة نورث إيسترن الأميركية، وكارين إل وولي، أستاذة الكيمياء ومديرة مختبر تامو للتفاعلات الاصطناعية والبيولوجية بجامعة تكساس الأميركية، عن إنجازاتهم في تطوير طرق مبتكرة لتوصيل الأدوية والجينات الموجه، وتوصيلها إلى أماكن محددة داخل الجسم.

إنجازات هذا الفريق تقع ضمن عملية تصميم الدواء وليس ابتكاره، فمع وجود المادة الفعالة عليك أن تصنع طريقة لتوصيلها إلى هدفها في الجسم، وإذا أصابك الصداع مثلا وحصلت على قرصَيْ مسكن فإن المادة الفعالة الخاصة بهذا المسكن ستنتشر في كل جسمك بما في ذلك الخلايا المستهدفة بالتسكين، لكن في حالة توصيل الأدوية الموجه فإن الدواء يُصمَّم بذكاء للوصول إلى مكان محدد في الجسم، إنها تلك الخلايا التي تواجه مشكلة ما، يقلل هذا من الأعراض الجانبية ويحافظ على تركيز المادة الفعالة. وبذلك، يُعَدُّ إنجاز هذا الثلاثي مهما، وخاصة في ابتكار منظومات دوائية يمكن لها أن تخترق جدران الخلايا وتدلف إلى الحمض النووي داخلها للعمل عليه.

حسنا، كانت تلك هي تسعة توقعات عن ثلاث جوائز سوف يبدأ إعلانها خلال أيام ينتظرها المتخصصون والهواة ومحبو العلوم في كل العالم على تنوع اهتماماتهم واختلاف ثقافاتهم. قد لا نجد أيًّا منها في إعلانات جائزة نوبل القادمة، لكن الفكرة ليست نجاح التوقعات بقدر ما هي تعريفك بهذا العالم الباهر على تعقيده، والرصين على قدر ما يقدمه من سيرة فانتازية، إنه عالَم البحث العلمي.

___________________________________

مصادر

1- Clarivate Unveils Citation Laureates 2023 – Annual List of Researchers of Nobel Class 2- Researchers of Nobel class: Citation Laureates 2023

المصدر: الجزيرة