חזרה לרשימה
על הזוכה
מקבל פרס ישראל לשנת תשע"ג בתחום חקר מדעי החיים.
נתן נלסון - פרופ' אמריטוס במחלקה לביוכימיה באוניברסיטת תל אביב, שמחקריו בשטח החלבונים הממברנליים הקנו לו מוניטין בין-לאומי. פרסם יותר מ-240 מאמרים מדעיים שצוטטו יותר מ-15,000 פעמים. בעשור האחרון הוא מהמובילים בחקר תהליך "הפוטוסינתזה" המסקרן את קהילת המחקר העולמית היות שהוא אחראי לייצור רוב המזון, הדלק והחמצן על פני כדור הארץ. גולת הכותרת במחקריו של נלסון הייתה גילוי המבנה המרחבי של מערכת פוטוסינתזה PSI מצמחים עילאיים. נלסון נמנה עם מקימי המכון לקריסטלוגרפיה באוניברסיטת תל אביב, שקידם מאוד את המחקר בפקולטה. הוא העמיד סטודנטים מצטיינים הפועלים בחזית המחקר המדעי ותורמים לקידומו.
התכנים בעמוד
נימוקי השופטים
פרופ' אלכס לויצקי, יו"ר, פרופ' יוסף לויה, פרופ' דוד מירלמן
הישגיו של פרופ' נתן נלסון הם בתחומים מגוונים של מחקר חלבונים המצויים בקרומי (ממברנות) תאים מבחינה ביוכימית, מבחינת ביולוגיה מולקולרית וביולוגיה מבנית. במרוצת הקריירה שלו הוא חקר חלבונים מצמחים, מחיידקים, משמרים, מזבובים, מצפרדעים, מעכברים, מפרות ומבני אדם. מומחיותו היא בניקוי קומפלקסים של חלבונים ממברנליים, בקביעת הרכבם וגיבושם ופתרון מבנה הגביש בעזרת דיפרקציה עם קרני X.
מחקריו של נלסון מקיפים קומפלקסים פוטוסינטתיים (PSI) מחיידקים ירוקים, מציאנו-בקטריה ומצמחים. לפני שלושה עשורים, נלסון ועמיתיו היו הראשונים לקבוע את הרכב הקומפלקס של PSI מצמח. לאחר מכן הצליחו ברקונסטיטוציה של יצירת ATP בעזרת אור משני המרכיבים המנוקים של PSI ושל קומפלקס ה- ATPase מכלורופלסטים (הגופיפים הירוקים בעלי הצמח). הם גם היו ראשונים לשבט מערכת אור הומודימרית מחיידקים ירוקים, מחקר שהיו לו השלכות מכניסטיות ואבולוציוניות חשובות.
התרומה האחרונה והחשובה ביותר של נלסון היא המבנה הגבישי של PSI מצמח, שנפתר במעבדה שלו. המבנה מציג אנסמבל של 18 חלבונים שונים זה מזה, ולהם 46 סלילים הטרנסממברנליים, ויותר מ-200 קופקטורים, דבר שהופך אותו למבנה מורכב ביותר שהוא בעצם קומפלקס – המכיל גם את ה-PSI וגם את האנטנה ההיקפית שתפקידה בקליטת האור.
המבנה של ה-PSI הצמחי מתאר את התרחיש האבולוציוני לתהליך פוטוסינתזה הפולט חמצן, שהחל לפני יותר מ-3.5 מיליארדים שנים על פני כדור הארץ, ושכלל את היעילות שלו מאז. מבנה זה מספק מסגרת למחקר אבולוציוני לא רק של מעבר אנרגיה ואלקטרונים בתוכו, אלא גם של הכוחות האבולוציוניים, שעיצבו את מנגנון הפוטוסינתזה של צמחים יבשתיים, בעקבות ההסתעפות של כלורופלסטים מציאנובקטריה ימית לצמחים לפני יותר ממיליארד שנים. לאחרונה נבדק במעבדתו של נלסון היבט מעשי של פוטנציאל ייצור אנרגיה בת קיימא. הוא מצא כי גביש PSI צמחי שרוחבו הוא רק 5 מיקרון, כשמאירים אותו בלייזר, יכול לייצר פוטנציאל של יותר מ-10V.
לנלסון תרומה ניכרת לאפיון הביוכימי ולביולוגיה המולקולרית של קומפלקס ה-V-ATPase, שאותו חקר תחילה בשמרים וגילה שבניגוד ליצורים אחרים השמרים יכולים להתגבר על חוסר שלהם בתנאים חיצוניים מסוימים. בכך הוא סלל דרך למוטנטים של חסר בכל תת-יחידה, ואפשרות לגילוי תת-היחידות שמהן בנוי הקומפלקס וגם הגנים המקודדים לחלבונים אלו. רבים מהגנים הללו גם משמרים וגם מפרה זוהו במעבדתו.
עם עמיתיו גילה נלסון את הגן לנשא הראשון של נוירוטרנסמיטר במערכת העצבים (שהיה בעצם גם הגן הראשון של נשא של חומצה אמינית) GAT1. בזאת פתח צוהר חדש ואפשר גילוי גנים נוספים של נשאים אחדים במעבדתו.
גילוי הגן המקודד לנשא, המוביל יוני מתכות בתאי שמרים, הגדיר את הפעילות של משפחת ה-NRAMP בעכברים כנשאים של מתכות, ובכך סיפק הסבר כיצד החלבון אחראי לעמידות ולאינפקטיביות למיקובקטריה שגורמות לאדם מחלות כמו צרעת ושחפת.
לאחרונה זכה נלסון במענק לחוקר בכיר מהאיחוד האירופי (ERC) בנושא "ייצור אנרגיה בת קיימא בעזרת יצורים פוטוסינטתיים". לפרופ' נלסון יותר מ-240 מאמרים מדעיים, שצוטטו יותר מ-15,000 פעמים. תלמידיו נושאים משרות מחקר בארץ ובעולם וממשיכים לתרום תרומה ניכרת למדע.
על כל אלה מצאה ועדת השופטים את פרופ' נתן נלסון ראוי לקבל את 'פרס ישראל' בחקר מדעי החיים לשנת התשע"ג.
קורות חיים
נתן נלסון נשוי לחנה, שאותה הכיר בלימודיו לתואר הראשון, ובמשך שנים הייתה גם שותפתו למחקר, ולהם מספר מאמרים משותפים. לזוג שלושה ילדים וחמישה נכדים.
לימודים והשתלמויות
1965 תואר בוגר בביולוגיה, אוניברסיטת תל אביב
1966 תואר מאסטר במדעי החיים, אוניברסיטת תל אביב
1970 תואר דוקטור במדעי החיים, אוניברסיטת תל אביב
1970–1972 בתר דוקטורט, אוניברסיטת קורנל, ניו יורק, ארה"ב
תפקידים אקדמיים בישראל
1972–1977 מרצה בכיר במחלקה לביולוגיה בטכניון, חיפה
1977–1980 פרופ' חבר במחלקה לביולוגיה בטכניון, חיפה
1980–1985 פרופ' מן המניין במחלקה לביולוגיה בטכניון, חיפה
1995–2012 פרופ' מן המניין במחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית, אוניברסיטת תל אביב
2000–2002 חבר בחבר הנאמנים של אוניברסיטת תל אביב
2002–2004 חבר בוועד המנהל של אוניברסיטת תל אביב
2002–2005 נשיא האגודה הביוכימית הישראלית
2005–2011 מנהל המכון לביולוגיה מבנית ע"ש דניאלה ריץ', אוניברסיטת תל-אביב
תפקידים אקדמיים בעולם
1973, 1977 פרופ' אורח, בתקופת הקיץ, אוניברסיטת קורנל, ניו יורק, ארה"ב
1978–1979 פרופ' אורח, שבתון בביוצנטרום, אוניברסיטת באזל, שווייץ
1979 פרופ' אורח, בתקופת הקיץ, אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, ארה"ב
1980–1982 פרופ' אורח, בתקופת הקיץ, אוניברסיטת באזל, שווייץ
1984–1985 פרופ' אורח, שבתון באוניברסיטת קורנל, ניו יורק, ארה"ב
1985–1995 ראש מעבדה במכון לביולוגיה מולקולרית של חברת Roche, ניו ג'רזי, ארה"ב
1998–2001 סגן יו"ר המכון לביולוגיה מולקולרית ותאית של יונסקו, ורשה, פולין
אותות הוקרה, מלגות ופרסים
1992 פרס "הומבולדט", גרמניה
1997 נבחר לחבר בארגון EMBO, ארגון אירופי לביולוגיה מולקולרית
2006 קיבל תואר פרופ' לשם כבוד, אוניברסיטת סצ'ואן, סין
2007 קיבל תואר דוקטור לשם כבוד, אוניברסיטת בולוניה, איטליה
2011 הוענק לו פרס "קציר" של ארגון "אילנית" – הארגון הישראלי לביולוגיה ניסויית
2011 קיבל מענק מחקר חמש שנתי למדענים בכירים מ-ERC, מועצת המחקר האירופית
מפעל חיים
נתן נלסון נולד בשנת 1938 במושב אביחיל לגניה ולמשה נלסון שעלו לארץ והגשימו את חלומם החלוצי. לדבריו, "מגרש החול שלי השתרע מאביחיל ועד למושב ביתן אהרון". ביום הולדתו העשירי נורה אביו ונפצע באורח אנוש עת ששמר על הפרות של המושב. בשל כך נאלץ נלסון לסייע בפרנסת המשפחה שהתקיימה בעיקר מגידול הדרים. "במשך שנים נהייתי מומחה בהרכבה של הדרים", אומר נלסון. מגיל צעיר היה יצר הסקרנות מוטמע בו. "למרות שלא הייתי תלמיד מצטיין ,בלשון המעטה, במקצועות ההומניים, הייתה לי חיבה אדירה למקצועות הריאליים והמדעיים. ביקשתי להבין כיצד הדברים פועלים. לשמחתי, המורה שלי אלעזר כוכבא ידע לאתגר ולעניין אותי. הוא זה שלימד אותי לפחלץ ציפורים ועורר בי את הרצון לחקור וכך דאג שאישאר בבית הספר".
נלסון התגייס לנח"ל המוצנח, והיה חבר קיבוץ גבים. הוא חזר לבית הוריו לסייע בעבודת המשק ולאחר כשנתיים פגש שוב את מורו, לימים פרופ' אלעזר כוכבא, ששכנע אותו ללמוד ביולוגיה באוניברסיטת תל אביב שהוקמה באבו כביר. בשנת 1970 סיים את לימודי הדוקטורט בהצטיינות יתרה אצל פרופ' יוסף נוימן. נלסון עשה את תקופת הבתר דוקטורט שלו אצל פרופ' אפרים רקר באוניברסיטת קורנל בארה"ב. הוא הוזמן על ידי פרופ' אבידור להצטרף למחלקה החדשה לביולוגיה בטכניון, ושם עבד כ- 13 שנים, לאחר מכן כ- 10 שנים במכון לביולוגיה מולקולרית של רוש (Roche) בארה"ב. הוא מתאר עשור זה כגן עדן מחקרי, "לא הגבילו אותי בתקציב, קיבלתי את מיטב הבתר דוקטורנטים, ונתנו לי לחקור על פי אמונתי המושתתת על חקר המדע הבסיסי". ב-1995 חזר לאוניברסיטת תל אביב, ובה הוא חוקר עד עכשיו.
סקרנותו של נלסון גרמה לו להמשיך ולחקור נושאים רבים בשטח החלבונים הממברנליים של התא, ובכל אחד מהם הוא נחשב פורץ דרך. במחקרו של קומפלקס ה-V-ATPase,שהוא חיוני לחיים, הוא הראשון שגילה כיצד לחקור אותו בשמרים ובזכותו התפתח שטח זה. בפעילותו עם פרופ' קנר בחקר הנוירוטרנסמיטורים גילה את הגן הראשון המקודד לנשא של נוירוטרנסמיטר, ובכך סלל את הדרך למחקר נשאים אלה.
בעת מחקרו בתחום נשאי המתכות הציע נלסון פתרון לחידת הפעילות של החלבון המפתח ביונקים עמידות למחלות כמו שחפת וצרעת. הוא מצא שפגם בגן זה בזבוב הפרות הגורם לאיבוד חוש הטעם שלו, ניתן לריפוי על ידי תוספת ברזל או מנגן למזונן "מעניין שגם בבני אדם ניתן לרפא בעזרת תוספת של ברזל בעיה נוירולוגית של אכילה כפייתית של חומרים שונים שאינם נמנים עם חומרי המזון השגרתיים, סימפטום מחלת פיקה, אבל את זה אני משאיר לאחרים לחקור", הוא מסכם.
משנת 1998 ועד עתה עוסק נלסון בקריסטלוגרפיה. הוא נכנס לתחום זה ללא ניסיון אישי וסחף אחריו את אוניברסיטת תל אביב, הוא השתתף בגיוס קריסטלוגרף ועזר להקים מרכז לביולוגיה מבנית בתקציבים זעומים. בתוך 5 שנים פתר עם אדם בן-שם, תלמידו, והקריסטלוגרף פרולוב את מורכבותו של הקומפלקס IPS שהיה הגדול והמסובך ביותר מכל הקומפלקסים הממברנליים שנפתרו עד אז, ובצמחים הפרוטאין הממברנלי הצמחי הראשון שגובש ונפתר בעזרת קרני x אי פעם.
לאחרונה נרתם נלסון לפרויקט שבו הוא מציע להקל את בעיות האנרגיה של עולמנו בצורה נקייה על ידי ייצור מימן במיקרו אורגניזמים פוטוסינטתיים, שאת תכונותיהם הוא מציע לשפר באמצעות הנדסה גנטית, כדי לאפשר להם ייצור מימן בכמות רבה. לדבריו " תהליך הפוטוסינתזה יוצר את המשאבים לקיום המין האנושי: חמצן, נפט ומזון. נפט, פחם וגז שאנו צורכים בשנה אחת, לקח ליצורים הפוטוסינתטיים לייצר במשך כמיליון שנים. כדי שהמין האנושי ימשיך להתקיים יש למצוא אנרגיה חלופית". הצעת המחקר שלו זכתה במענק היוקרתי לחוקר-בכיר מהאיחוד האירופי ב-2011 ,למשך 5 שנים. באחת מחוות הדעת של בודקי ההצעה נכתב, כי גם אם בסופו לא תושג המטרה במלואה, אין ספק שבדרך נלסון יגלה ממצאים מדעיים חשובים ביותר.
"הלהט המדעי שלי נוטה ונטה תמיד לכיוון המדע הבסיסי. הוא העיקר שבעזרתו לא רק מתקבל הסיפוק האינטלקטואלי של תגלית אוניברסלית, אלא הוא המקור והמסד ההכרחי לכל התגליות המעשיות. תקוותי שפרס ישראל המוענק לי מבטא בעיקר את ההכרה וההוקרה לחשיבות המחקר הבסיסי במדעי החיים."
פרסומים נבחרים
-
- 1975 Bengis, C. and Nelson, N. Purification and properties of the photosystem I reaction center from chloroplasts. J. Biol. Chem. 250, 2783-2788.
- 1979 Nelson, N. and Schatz, G Energy dependent processing of cytoplasmically-made precursors to mitochondrial proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 4365.
- 1980 Hauska, G., Samoray, D., Orlich, G. and Nelson, N. Reconstitution of photosynthetic energy conservation.Eur. J. Biochem.111, 535-543.
- 1989 Moriyama, Y. and Nelson, N. Cold inactivation of vacuolar H+-ATPases. J. Biol. Chem. 264, 3577-3582.
- 1990: Nelson, H. and Nelson, N. Disruption of genes encoding subunits of yeast vacuolar H+-ATPase causes conditional lethality. Proc. Natl. Acad. Sci. USA87, 3503-3507.
- 1990 Guastella, J., Nelson, N., Nelson, H., Czyzyk, L., Keynan, S., Miedel, M. C., Davidson, N., Lester, H.A. and Kanner, B. Cloning and expression of a rat brain GABA transporter. Science 249, 1303-1306.
- 1992 Liu, Q.-R., Mandiyan, S., Nelson, H. and Nelson, N. A family of genes encoding neurotransmitter transporters. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 6639-6643.
- 1992 Büttner, M., Xie, D.-L., Nelson, H., Pinther, W., Hauska, G. and Nelson, N. Photosynthetic reaction center genes in green sulfur bacteria and in Photosystem 1 are related. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 8135-8139.
- 1993 Liu, Q.-R., López-Corcuera, B., Mandiyan, S., Nelson, H. and elson, N. Molecular characterization of four pharmacologically distinct GABA transporters in mouse brain. J. Biol. Chem.268, 2106-2112.
- 1996 Supek, F., Supekova, L., Nelson, H. and Nelson, N. A yeast manganese transporter related to the macrophage protein involved in conferring resistance to mycobacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA93, 5105-5110.
- 2003 Ben-Shem, A., Frolow, F. and Nelson, N. The crystal structure of plant photosystem I. Nature 426, 630-635.
- 2005 Cohen-Kfir, E., Lee, W., Eskandari, S. and Nelson, N. (2005). Zinc Inhibition of the g-Aminobutyric Acid Transporter-4 (GAT4) Reveals a Novel Link between Excitatory and Inhibitory Neurotransmission. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 6154-6159.
- 2007 Amunts, A., Drory, O. and Nelson, N. The structure of a plant photosystem I supercomplex at 3.4 Å resolution.Nature 447, 58-63.