Premiul Nobel pentru Chimie pe anul 2013. Între fizica newtoniană şi cea cuantică: procesele chimice complexe în cyberspaţiu

Cine şi-ar fi imaginat acum circa 40 de ani că un premiu Nobel pentru chimie va fi dat vreodată pentru dezvoltarea primelelor programe de simulare pe calculator a reacţiilor chimice? Cu siguranţă nu cei trei laureaţi ai prestigiosului premiu pe anul 2013!

Karplus, Levitt si Warshel au pus la punct primele programe de simulare a proceselor chimice complexe pe calculator; implicatiile in prezent fiind extrem de importante; acest gen de programe se folosesc atat in cadrul industriei farmaceutice cat si pentru studiul unor noi metiode de folosire a energiei solare.

Pe 9 octombrie 2013 au fost anuntati laureatii premiului Nobel pentru chimie pe anul 2013; este vorba despre Martin Karplus in varsta de 83 de ani, cetatean americano-austriac, profesor emerit al universitatii Harvard (SUA), care a lucrat si la Strasbourg, in Franta; Michael Levitt, in varsta de 66 de ani, cetatean americano-britanic, de la universitatea Stanford, si Arieh Warshel in varsta de 73 de ani, cetatean americano-israelian, de la universtatea Southern Califormia de la Los Angeles.

Cei trei, in mod independent, au avut un rol foarte activ in promovarea si punerea la punct a primelor programe pe calculator care simulau procese chimice complexe.  In cadrul acestor simulari se tine cont atat de mecanica clasica cat si de mecanica cuantica pentru explicarea legaturilor chimice care se rup sau se formeaza, precum si a miscarii  moleculelor extrem de complexe, cum ar fi de exemplu proteinele.

La ora actuala programe de acest gen sunt folosite intens de cercetatorii care pun la punct noi medicamente in cadrul industriei farmaceutice; se studiaza modul in care aceste medicamente vor interactiona cu proteinele din organism prin reactiile chimice care au loc intre moleculele si atomii acestora. Toate companiile farmaceutice folosesc in ziua de astazi programe de simulare a reactiilor chimice complexe pentru a optimiza compozitia medicamentelor, inainte de a le testa pe animale sau oameni.

In prezent, o data cu cresterea capacitatii de calcul a calculatoarelor moderne, programele au devenit extrem de performante, fiind in stare sa simuleze molecule cu dimensiuni mari, care pot fi folosite de exemplu in tratamentul cancerului. In viitor se prevede o evolutie a acesti sector care sa permita elaborarea de tratamente pentru diverse boli si afectiuni care sa aiba cat mai putine efecte colaterale.

Simularile proceselor chimice complexe joaca un rol important nu doar in medicina: un alt sector unde sunt intens folosite este cel al stiintei materialelor, pentru studiul materialelor complexe care ar putea fi folosite in transformarea eficienta a energiei solare in energie electrica. Au fost puse la punct programe care studiaza inclusiv complexul proces de fotosinteza folosit de plante, ata pentru a-l intelege mai bine cat si pentru a se reusi in viitor folosirea acestui proces pentru generarea de oxigen sau a energiei solare.

Warshel a declarat ca inca de la inceputul anilor ’70 era convins de utilitatea elaborarii programelor care sa simuleze reactiile chimice pe calculator, insa a avut de infruntat multe dificultati la inceput, deoarece toate articolele pe care incerca sa le publice erau la inceput respinse.  Karplus la randul lui a avut de „luptat” cu colegii, care considerau ca este o pierdere de vreme ceea ce el facea, motiv pentru care incurajeaza tinerii de astazi sa nu se ia neaparat dupa colegi si sa isi urmeze drumul pe care l-au ales.

Levitt a fost dintotdeauna pasionat de calculatoare; sustine ca realizrea care i-a adus Nobelul este rezultatul acestei pasiuni; sustine ca lumea ar fi un loc mult mai bun daca fiecare ar face ceea ce face cu pasiune.

Cei trei oameni de stiinta vor imparti premiul in valoare de 8 milioane de coroane suedeze (aproximatin 925 de mii de Euro); ceremonia de premiere va avea loc pe data de 10 decembrie.

Daca in viitor vom reusi sa inventam medicamente care sa ne vindece de boli care astazi par incurabile va fi si meritul celor trei cercetatori care au reusit sa construiasca o lume virtuala in care sa simuleze reactiile chimice extrem de complexe; o lume virtuala care insa are si va continua sa aiba rezultate extrem de concrete.

Cătălina Oana Curceanu este prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro.