יואל זוסמן (מדען)

יואל לאונרד זוסמן (באנגלית: Joel L. Sussman; נולד ב-24 בספטמבר 1943) הוא קריסטלוגרף ישראלי, פרופסור אמריטוס בפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע. מומחה לחקר האנזים אצטילכולין אסטראז.

 ביוגרפיה 
 שנותיו המוקדמות 
יואל לאונרד זוסמן נולד בלונג איילנד, בנם של אידה (לבית ארבייט) והארי "פאי" זוסמן, אח לדברה וג'ונתן. אמו הייתה פרופסור למתמטיקה ואביו מהנדס אלקטרוניקה. למד בתיכון Great Neck North והיה חלק מקבוצת תלמידים שזכתה להעשרה בחינוך מדעי ובמחשבים לאחר שיגור הלוויין ספוטניק 1 ב-1957. בנערותו עסק בצילום וכן בילה את אחת מחופשות הקיץ יחד עם ארגון "Operation Crossroads Africa", תוכנית פרטית ששימשה כמודל לחיל השלום. לפני הנסיעה לאפריקה, זוסמן הוזמן לבית הלבן יחד עם קבוצה של 200 משתתפים ונפגש עם הנשיא ג'ון קנדי.

ב-1965 השלים את לימודי התואר הראשון במתמטיקה ופיזיקה באוניברסיטת קורנל. המשיך ללימודי תואר שלישי בביופיזיקה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (במסלול ישיר). עבודת הדוקטורט שלו, שהוגשה ב-1972 בהנחיית פרופ' סיירוס לוינטל , נשאה את הכותרת "המבנה הגבישי של כמות קטנה מאוד של רנ"א והתפתחויות בטכניקות של של קריסטלוגרפיה ביולוגית".

 כחוקר עצמאי 
ב-1972–1976 שהה כעמית בתר-דוקטורט במחלקה לביוכימיה של אוניברסיטת דיוק, בהנחיית פרופ' קים סונג-הו .

ב-1976 עלה לישראל עם משפחתו והצטרף לסגל המחלקה לכימיה מבנית במכון ויצמן למדע כמדען בכיר. כעבור שנים אחדות השלים שירות חובה בצה"ל. ב-1980 מונה לפרופסור חבר וב-1982 לפרופסור מן המניין. ב-2016 יצא לגמלאות אך ממשיך לעסוק במחקר פעיל.

לאורך השנים שימש זוסמן חוקר אורח בשורה של מוסדות בארצות הברית: אוניברסיטת ראטגרס, המכון הלאומי לסרטן במרילנד, המעבדה לביולוגיה מולקולרית של המכונים הלאומיים לבריאות, מרכז פוקס צ'ייס לחקר הסרטן בפנסילבניה ואוניברסיטת קליפורניה בברקלי.

 תפקידי ניהול וייעוץ 
ב-1984 מונה לראש המחלקה לכימיה מבנית וכיהן בתפקיד זה כשנתיים. ב-1988 מונה לראש מרכז קימלמן לחקר מבנה של ביומולקולות וכיהן גם בתפקיד זה כשנתיים. ב-1994–1999 שימש כראש בנק נתוני החלבונים במעבדות ברוקהייבן בניו יורק. ב-2002 מונה למנהל של המרכז הישראלי לפרוטאומיקה מבנית ולמופקד הקתדרה ע"ש מורטון וגלדיס פיקמן בביולוגיה מבנית. כיהן בתפקידים אלה עד 2014, אז מונה למנהל-שותף של המרכז לפרוטאומיקה.

שירת בשורה של ועדות מקצועיות במכון ויצמן ובממסד המדעי בישראל. בין היתר כיהן כנשיא החברה הישראלית לקריסטלוגרפיה. כמו כן היה חבר במועצת החירום הציבורית (מח"צ) למשבר הקורונה.

 מחקר 
זוסמן עוסק במגוון רחב של תחומי מחקר בביולוגיה מבנית וביואינפורמטיקה, תוך התמקדות בהבנת מנגנונים מולקולריים ופיתוח כלים דיגיטליים. הוא מחברם של למעלה מ-320 מאמרים. עם תלמידיו לאורך השנים נמנים פרופ' לימור יהושע-תור מקולד ספרינג הארבור, פרופ' רון אונגר מאוניברסיטת בר-אילן, פרופ' עודד ליבנה מהאוניברסיטה העברית בירושלים, פרופ' זיו רייך ממכון ויצמן, פרופ' צביה זאב-בן מרדכי מאוניברסיטת אוטרכט, ד"ר חי דביר ממכון וולקני וד"ר אביב פז ממכון האופטמן-וודוורד בבאפלו.

 ביואינפורמטיקה וחתימות פרוטאומיות 
יחד עם ד"ר חיים פרילוסקי, זוסמן מפתח שיטות וכלים תוכנתיים להבנת נתונים ביולוגיים, ופיתח בין היתר את Proteopedia ,FoldIndex, ושרת שמציג מומנטי דיפול של חלבונים. פרוטאופדיה (Proteopedia) היא אנציקלופדיה מקוונת תלת-ממדית שיתופית, המוקדשת למבני חלבונים, חומצות גרעין וביו-מולקולות אחרות. היא נועדה להציג מבנים ביו-מולקולריים לקהל מדעי מגוון, ובה ניתן למצוא מידע מבני בפורמט אינטואיטיבי וחופשי. נכון ל-2025, בפרוטאופדיה כ-450,000 עמודים שנוצרו על ידי למעלה מ-4,800 משתמשים מכ-60 מדינות, ועמודים רבים תורגמו ליותר מ-12 שפות.

מחקרו של זוסמן בנושא חתימות פרוטאומיות עסק בהרכב חומצות אמינו ופפטידים להבחנה בין מערכות, עם למעלה מ-100 גנומים שרוצפו במלואם, ניתוח השוואתי של פרוטאומים מאפשר זיהוי גנים, חיזוי מבנה, תפקוד ואתרי פעולה של חלבונים, וכן ניתוח פילוגנטי.

 מנגנונים כולינרגיים 
זוסמן עסק בתחום זה למעלה משלושה עשורים בשיתוף פעולה הדוק עם פרופ' ישראל סילמן מהמחלקה לנוירוביולוגיה, עד לפטירתו של סילמן ב-2024. עבודתם התמקדה באנזים הסינפטי אצטילכולין אסטראז (AChE), שתפקידו העיקרי הוא הפסקת העברה סינפטית בסינפסות כולינרגיות באמצעות הידרוליזה מהירה של המוליך העצבי אצטילכולין. AChE הוא מוקד עניין רב לאנזימולוגים, פרמקולוגים וטוקסיקולוגים בשל פעילותו הקטליטית הגבוהה במיוחד, שהיא חיונית לפעילותו הביולוגית. הוא גם מהווה מטרה לדור הראשון של תרופות נגד אלצהיימר וכן לחומרים עצביים קטלניים וקוטלי חרקים.

מטרתם של זוסמן וסילמן הייתה לקבוע את המבנה התלת-ממדי של AChE כדי להבין את מנגנון פעולתו ולאפשר תכנון תרופות מבוסס מבנה. לאחר ניסיונות שנמשכו משנות ה-60, צוותם הצליח לפתח גישה חדשנית ועדינה להמסת AChE הקשור לממברנה מאיבר החשמל של Torpedo californica (Tc*AChE), לגבש אותו, ולפתור את המבנה התלת-ממדי שלו. פרסום מבנה זה ב-Science צוטט אלפי פעמים והוביל למאות מאמרים נוספים. בהמשך, הם פתרו ופרסמו שני מבני AChE חשובים נוספים, של בני אדם ושל דרוזופילה. במקביל, הם פתרו את המבנים של למעלה מ-40 קומפלקסים וצימודים של AChE עם מגוון רחב של תרופות, רעלנים וליגנדים אחרים, כולל כמעט את כל תרופות האלצהיימר מהדור הראשון, מספר מוליכים עצביים עיקריים, קוטלי חרקים, אנלוגים למצב מעבר ורעלן של נחש. נתונים מבניים אלה מספקים מאגר מידע חיוני ליצירת תרופות חדשות.

בנוסף, נחקרו מולקולות הדבקה דמויות כולין אסטראז (CLAMs), והתגלו תפקידים חלופיים של כולין אסטראזות (ChEs) שאינם תלויים בפעילותם הקטליטית. נמצא אזור פונקציונלי משותף ל-ChEs ולחלבוני הדבקה של תאי עצב, הדומים מבנית ל-ChEs אך חסרים את הסרין שבאתר הפעיל. ניתוח כמותי של פוטנציאל פני השטח האלקטרוסטטי בכניסה ללוע האתר הפעיל של AChE, ובאזור האנלוגי של הדומיין דמוי ה-ChE בחלבוני ההדבקה, הראה מתאם טוב מאוד, מה שהוביל להגדרת משפחה חדשה של חלבוני הדבקה בשם CLAMs. מחקר נוסף בתחום זה כולל את קביעת המבנה הגבישי של קומפלקס α-bungarotoxin עם פפטיד בעל אפיניות גבוהה בן 13 שיירים, ההומולוגי לאזור הקישור של תת-יחידת אלפא של AChR. כמו כן, נבנה מודל של תחום הטטרמריזציה של AChE, המראה כי המולקולות ההטרומריות "בעלות הזנב" הן הצורות החשובות ביותר מבחינה פיזיולוגית של AChE, והצורות הדומיננטיות במוח ובצמתי עצב-שריר. התגלה תחום חיבור קטן עשיר בפרולין (PRAD) סביבו מתאספות תת-היחידות הגלובולריות ליצירת טטרמרים.

 חלבונים בסביבות קיצוניות ונזקי קרינה 
מחקר זה בוצע בשיתוף פעולה עם פרופ' עדה זמיר עד לפטירתה ב-2023. בעוד שרוב החלבונים מתפקדים בטווח צר של ריכוז מלחים, מחקרים על Dunaliella salina סבילה למלחים חשפו מחלקה חדשה של חלבונים, חלבונים הלותרנטים, שיכולים לתפקד בכל טווח המליחות (0 עד 4 M NaCl). כדי להבין את הפרטים המולקולריים של האופן שבו חלבונים אלו עומדים באתגר התפקוד בריכוזי מלח משתנים, הם קבעו את המבנה הגבישי הראשון של חלבון הלותרנטי – קרבוניק אנהידראז בגודל 30 קילו-דלטון. מבנה גבישי זה, יחד עם סדרת מוטנטים מכווני אתר, יסייע בהבנה טובה יותר של טבעם הייחודי של אינטראקציות חלבון-ממס ואינטראקציות חלשות של חלבונים אלה. הוא יאפשר גם להבין את העיקרון המבני המקנה יציבות נוספת לסבילות למלח, וכיצד אנזימים הלותרנטים מגנים על עצמם מפני עיכוב אניוני/קטיוני. הבנה זו עשויה להוביל ליישומים ביוטכנולוגיים, כגון הנדסת אנזימים לתפקוד בממסים מיוחדים לשימוש תעשייתי או סביבתי. זוסמן חוקר גם נזקי קרינה, והראה כי קרינת רנטגן ממקור סינכרוטרון עלולה לגרום נזק ספציפי ומהיר לחלבון, כפי שניתן לראות בקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן. דוגמה לכך היא היעלמות קשר דיסולפי בסדרת מפות צפיפות אלקטרונים שנאספו מגביש AChE יחיד.

 פרסים והוקרה 
 פרס ברגמן (1979)
 פרס האגודה האמריקאית לכימיה עבור הישגים יוצאי דופן, יחד עם ישראל סילמן וחרמונה שורק (1991)
 חבר בארגון האירופי לביולוגיה מולקולרית (EMBO) (1997)
 פרופסור לשם כבוד, המועצה הלאומית לרפואה בסין, יחד עם ישראל סילמן (2000)
 פרס אלקלס להישגים יוצאי דופן ברפואה בישראל, יחד עם ישראל סילמן (2005)
 פרס מייסדי טבע לפריצות דרך ברפואה מולקולרית, יחד עם ישראל סילמן (2005)
 פרס אילנית-קציר, יחד עם ישראל סילמן (2011)
 עמית האגודה האמריקאית לקידום המדע (AAAS) (2013)
 פרס קלרנס ברומפילד על הישגים יוצאי דופן במחקר (2014)
 פרופסור לשם כבוד, אוניברסיטת אמיטי לביוטכנולוגיה, נוידה, אוטר פרדש, הודו (2016)
 דוקטור לשם כבוד, אוניברסיטת אולו, פינלנד (2017)
 דוקטור לשם כבוד, אוניברסיטת צ'ארלס, פראג, צ'כיה (2020)

 חיים אישיים 
היה נשוי לחיה (לבית קנדל) עד לפטירתה ב-2010. אב לשלושה, מתגורר במכון ויצמן.

 קישורים חיצוניים 

 יואל זוסמן, באתר גוגל סקולר

 הערות שוליים 

קטגוריה:כימאים ישראלים
קטגוריה:סגל מכון ויצמן למדע: כימיה
קטגוריה:ישראלים ילידי ארצות הברית
קטגוריה:עולים בשנות ה-1970
קטגוריה:בוגרי אוניברסיטת קורנל
קטגוריה:בעלי תואר דוקטור מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס
קטגוריה:רחובות: אישים
קטגוריה:ישראלים שנולדו ב-1943