Το βραβείο Νόμπελ Χημείας 2024 απονεμήθηκε στους David Baker, Demis Hassabis και John Jumper για το έργο τους που άνοιξε το δρόμο στην κατανόηση της δομής των πρωτεϊνών, οι οποίες διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι Hassabis και Jumper, της Google DeepMind, ανέπτυξαν μια τεχνητή νοημοσύνη που προβλέπει τη δομή των πρωτεϊνών. Ο Baker, στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ, έκανε πολύ σημαντικό έργο σχετικά με το σχεδιασμό νέων πρωτεϊνών.
Οι πρωτεΐνες είναι τα μόρια της ζωής. Όλοι οι βασικοί μηχανισμοί της ζωής αποτελούνται από πρωτεΐνες, από τους μύες που μας δίνουν δύναμη και τα μόρια που διαβάζουν και αντιγράφουν το DNA μέχρι τα αντισώματα που μας προστατεύουν από τις λοιμώξεις. «Για να κατανοήσεις τη ζωή, πρέπει πρώτα να κατανοήσεις το σχήμα των πρωτεϊνών», δήλωσε ο Heiner Linke, πρόεδρος της επιτροπής Νόμπελ Χημείας, στη σχετική συνέντευξη Τύπου.
Όλες οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αλυσίδες αμινοξέων, υπάρχουν περίπου 20 διαφορετικά είδη αυτών των ενώσεων. Το σχήμα των πρωτεϊνών καθορίζεται από την αλληλουχία των αμινοξέων, αλλά ο τρόπος με τον οποίο αναδιπλώνονται οι αλυσίδες είναι τόσο πολύπλοκος που η πρόβλεψη της δομής μιας πρωτεΐνης από την αλληλουχία της είναι εξαιρετικά δύσκολη. «Για αρκετές δεκαετίες, αυτό θεωρούνταν αδύνατο», δήλωσε ο Linke.
Αρκετές ομάδες ανέπτυξαν διάφορες υπολογιστικές μεθόδους πρόβλεψης των πρωτεϊνικών δομών, αλλά η ακρίβειά τους ήταν μικρή. Οι Hassabis και Jumper ανέπτυξαν μια τεχνητή νοημοσύνη που ονομάζεται AlphaFold. Η πρώτη έκδοση του AlphaFold, που παρουσιάστηκε το 2018, ήταν μια βελτίωση σε σχέση με άλλες μεθόδους. Η δεύτερη, που κυκλοφόρησε το 2020, ήταν ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός, προβλέποντας τα δύο τρίτα των πρωτεϊνικών δομών με ακρίβεια άνω του 90%.
Μέχρι το 2022, η AlphaFold είχε χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της δομής σχεδόν όλων των γνωστών πρωτεϊνών, και τα αποτελέσματα διατίθενται ελεύθερα. «Ήταν μια τεράστια ανακάλυψη», δήλωσε ο Johan Åqvist, μέλος της Επιτροπής Νόμπελ Χημείας. «Πρόκειται για μια φανταστική πηγή για τη χημική και τη βιολογική έρευνα».
Ο Baker εργάζεται εδώ και καιρό πάνω στο αντίθετο πρόβλημα, αυτό του σχεδιασμού μιας πρωτεΐνης με την επιθυμητή δομή. Οι δυνατότητες είναι ατελείωτες -οι νέες πρωτεΐνες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να κάνουν σχεδόν τα πάντα, από τη θεραπεία ασθενειών μέχρι τη δημιουργία πολύπλοκων νανομηχανών. «Ο David Baker άνοιξε έναν εντελώς νέο κόσμο πρωτεϊνών που δεν είχαμε δει ποτέ πριν», δήλωσε ο Åqvist. «Πρόκειται για μια εξέλιξη που ξεπερνάει κάθε φαντασία».
Ο Μπέικερ δημιούργησε ένα λογισμικό που ονομάζεται Rosetta για να το κάνει αυτό, το οποίο είναι επίσης ελεύθερα διαθέσιμο. Ο ίδιος και η ομάδα του απέδειξαν το 2003 για πρώτη φορά ότι το Rosetta λειτουργεί, όταν σχεδίασαν μια πρωτεΐνη, την κατασκεύασαν και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να επιβεβαιώσουν ότι πράγματι είχε τη σχεδιασμένη δομή.
Ενώ ο Åqvist χαρακτήρισε αυτή τη δουλειά του 2003 ως «τη μεγάλη ανακάλυψη», η πρωτεΐνη που δημιουργήθηκε ήταν μικρή, απλή και δεν έκανε τίποτα. Ο ίδιος ο Baker περιέγραψε τη διαδικασία ως σταδιακή. «Τα τελευταία 20 χρόνια καταφέραμε –είπε- να σχεδιάζουμε πρωτεΐνες με όλο και πιο πολύπλοκες και ισχυρές λειτουργίες». «Καθώς γινόμασταν όλο και καλύτεροι σε αυτό, το εύρος των εφαρμογών γινόταν όλο και πιο συναρπαστικό», δήλωσε. «Ήταν ένα τεράστιο άνοιγμα δυνατοτήτων, επειδή οι πρωτεΐνες στη φύση κάνουν τόσα πολλά και τόσο διαφορετικά πράγματα, διαμεσολαβούν σε όλες τις διαδικασίες στο σώμα μας και σε όλα τα έμβια όντα».
Ο Μπέικερ απέδωσε επίσης τα εύσημα στους συναδέλφους του: «Στάθηκα στους ώμους γιγάντων. Είχα, καθ' όλη τη διάρκεια της καριέρας μου, απολύτως θαυμάσιους συναδέλφους για να συνεργαστώ».
Υπενθυμίζουμε ότι το βραβείο χημείας είναι το τρίτο Νόμπελ που απονέμεται μέχρι στιγμής φέτος. Στις 8 Οκτωβρίου, το Νόμπελ Φυσικής 2024 απονεμήθηκε στους John Hopfield και Geoffrey Hinton για το έργο τους στα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα. Στις 7 Οκτωβρίου, το βραβείο Νόμπελ 2024 στη φυσιολογία ή την ιατρική απονεμήθηκε στους Victor Ambros και Gary Ruvkun για την ανακάλυψή τους ότι μικροσκοπικά κομμάτια RNA που ονομάζονται microRNA παίζουν βασικό ρόλο στον έλεγχο των γονιδίων.
Το περσινό βραβείο Νόμπελ Χημείας απονεμήθηκε σε τρεις από τους δημιουργούς των κβαντικών κουκίδων - σωματιδίων τόσο μικρών που οι ηλεκτρικές και οπτικές τους ιδιότητες επηρεάζονται από την κβαντική φυσική.