آکادمی سلطنتی علوم سوئد جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ را به دیوید بیکر(David Baker) «برای طراحی پروتئین محاسباتی» و نیمی دیگر را به طور مشترک به دمیس حسابیس(Demis Hassabis) و جان ام. جامپر(John M. Jumper) برای پیش‌بینی ساختار پروتئین اهدا کند.

گفتنی است که از سال ۱۹۰۱ تا سال قبل(۲۰۲۳) مجموعا ۱۱۵ جایزه نوبل شیمی به ۱۹۲ دانشمند اهدا شده می بود و مسن‌ترین و جوان‌ترین برنده نوبل شیمی به ترتیب ۹۷ و ۳۵ سال داشته‌اند که جان گودیناف ۹۷ در سال ۲۰۱۹ و فردریک ژولیوت ۳۵ ساله در سال ۱۹۳۵ موفق به کسب این جایزه شدند. دو شیمیدان نیز تا بحال دو بار موفق به کسب این جایزه شده‌اند.

طراحی پروتئین محاسباتی

دیوید بیکر در سال ۲۰۰۳ موفق شد پروتئین جدیدی طراحی کند که همانند به هیچ پروتئین فرد دیگر نیست. این اولین قدم در کاری می بود که فقط می‌توان آن را به گفتن یک پیشرفت بسیار توصیف کرد.

تعدادی از پروتئین‌های زیاد دیدنی که در آزمایشگاه بیکر با منفعت گیری از نرم افزار رایانه‌ای او به نام روزتا(Rosetta) تشکیل شده است، در عکس قابل مشاهده است.

پروتئین‌ها را می‌توان به گفتن ابزارهای شیمیایی درخشان توصیف کرد. آنها به طور کلی از ۲۰ اسید آمینه ساخته شده‌اند که می‌توانند به راه حلهای بی‌آخر با هم ترکیب شوند. آمینو اسیدها با منفعت گیری از اطلاعات ذخیره شده در DNA به گفتن یک نقشه، در سلول‌های ما به هم متصل خواهد شد تا رشته‌های طویل را راه اندازی دهند.

سپس جادوی پروتئین‌ها اتفاق می‌افتد و رشته اسیدهای آمینه در هم می‌پیچد و تا می‌شود و به یک ساختار سه بعدی نزدیک و بعضی اوقات منحصر به فرد تبدیل می‌شود. این ساختار چیزی است که به پروتئین‌ها امکان کارکرد آنها را می‌دهد.

به سختی می‌توان درمورد پتانسیل بلوک‌های سازنده شیمیایی حیات یعنی این ۲۰ اسید آمینه اغراق نکرد. جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ در رابطه فهمیدن و تسلط بر آنها در سطح کاملاً جدیدی است.

او این چنین کد روزتا را انتشار کرد، به این علت یک جامعه تحقیقاتی جهانی به گسترش نرم افزار ادامه دادند و عرصه‌های کاربردی جدیدی را اشکار کردند.

گروه تحقیقاتی بیکر یکی بعد از فرد دیگر پروتئین‌های تخیلی تشکیل کردند، از جمله پروتئین‌هایی که می‌توان از آنها به گفتن دارو، واکسن، نانومواد و حسگرهای کوچک منفعت گیری کرد.

دیوید بیکر برنده جایزه نوبل شیمی امسال، اولین پروتئینی را تشکیل کرد که کاملاً با همه پروتئین‌های شناخته شده حاضر، متفاوت می بود.

پروتئین Top7 برای محققانی که روی طراحی پروتئین‌ها کار می‌کردند، یک پیچیدگی می بود. افرادی که قبلاً پروتئین‌های جدیدی تشکیل کرده بودند، تنها قادر به پیروی از ساختارهای حاضر بودند.

ساختار منحصر به فرد Top7 در طبیعت وجود نداشت. این چنین این پروتئین با ۹۳ اسید آمینه خود، بزرگ‌تر از هر چیزی می بود که قبلاً با منفعت گیری از طراحی‌های قبلی(de novo) تشکیل شده می بود.

پیش‌بینی ساختار پروتئین

دیگر برندگان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴، دمیس حسابیس و جان جامپر از مدل هوش مصنوعی آلفافولد۲(AlphaFold۲) خود برای محاسبه ساختار همه پروتئین‌های انسانی منفعت گیری کردند. آنها این چنین ساختار تقریباً همه ۲۰۰ میلیون پروتئینی را که محققان تا بحال زمان نقشه‌برداری از موجودات زمین کشف کرده‌اند، پیش‌بینی کردند.

گوگل دیپ‌مایند(Google DeepMind) این چنین کد آلفافولد۲ را در دسترس عموم قرار داده است و همه می‌توانند به آن دسترسی داشته باشند. این مدل هوش مصنوعی به یک معدن طلا برای محققان تبدیل شده است.

تا اکتبر ۲۰۲۴، بیشتر از دو میلیون نفر از ۱۹۰ سرزمین از آلفافولد۲ منفعت گیری کرده بودند.

عکس زیر، چند نمونه از مثالهای بسیاری را مشخص می کند که چطور آلفافولد۲ به محققان پشتیبانی می‌کند.

دمیس حسابیس و جان جامپر برندگان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ با پیروزی از هوش مصنوعی برای پیش‌بینی ساختار تقریباً همه پروتئین‌های شناخته شده جهان منفعت گیری کردند.

محققان اکنون با آلفافولد۲ می‌توانند مقاومت آنتی بیوتیکی را بهتر فهمیدن کنند و تصاویری از آنزیم‌هایی تشکیل کنند که می‌توانند پلاستیک را تجزیه کنند.

پروتئین‌ها را می‌توان به گفتن ابزارهای شیمیایی درخشان توصیف کرد. آنها به طور کلی از ۲۰ اسید آمینه ساخته شده‌اند که می‌توانند به راه حلهای بی‌آخر با هم ترکیب شوند. آمینو اسیدها با منفعت گیری از اطلاعات ذخیره شده در DNA به گفتن یک نقشه، در سلول‌های ما به هم متصل خواهد شد تا رشته‌های طویل را راه اندازی دهند.

سپس جادوی پروتئین‌ها اتفاق می‌افتد و رشته اسیدهای آمینه در هم می‌پیچد و تا می‌شود و به یک ساختار سه بعدی نزدیک و بعضی اوقات منحصر به فرد تبدیل می‌شود. این ساختار چیزی است که به پروتئین‌ها امکان کارکرد آنها را می‌دهد.

به سختی می‌توان درمورد پتانسیل بلوک‌های سازنده شیمیایی حیات یعنی این ۲۰ اسید آمینه اغراق نکرد. جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ در رابطه فهمیدن و تسلط بر آنها در سطح کاملاً جدیدی است.

درمورد برندگان

دیوید بیکر متولد ۱۹۶۲ در سیاتل ایالات متحده آمریکا و دارای مدرک دکتری(۱۹۸۹) از دانشگاه کالیفرنیا برکلی و هم اکنون استاد دانشگاه واشنگتن است.

دمیس حسابیس متولد ۱۹۷۶ در لندن و دارنده مدرک دکترا(۲۰۰۹) از کالج دانشگاهی لندن و اکنون مدیر عامل گوگل دیپ‌مایند است.

جان ام. جامپر نیز در سال ۱۹۸۵ در شهر لیتل راک ایالات متحده زاده شده و دکترای خود را در سال ۲۰۱۷ از دانشگاه شیکاگو دریافت کرده و اکنون پژوهشگر ارشد در گوگل دیپ‌مایند است.