Nobelova nagrada za hemiju 2024: nova era u dizajnu proteina i predikciji strukture uz pomoć vještačke inteligencije

• Nobelova nagrada za hemiju 2024. godine ide, pomalo kao iznenađenje, za pionirski rad u oblasti proteina, ključnih „cigli” života, saopštili su iz Švedske kraljevske akademije nauka.
• David Baker sa Univerziteta Washington u Seattleu nagrađen je za revolucionarni kompjuterski dizajn proteina, dok su Demis Hassabis i John Jumper iz Google DeepMind-a nagrađeni za predikciju struktura proteina korištenjem umjetne inteligencije.
• Ova otkrića otvaraju nevjerovatne mogućnosti u medicini, razvoju lijekova i rješavanju problema poput otpornosti na antibiotike i razgradnje plastike. Naučnici su otkrili ključ za razumijevanje i kreiranje proteina, čime se pruža ogromna korist čovječanstvu.

Proteini ili bjelančevine su temelj života, kontrolišući sve hemijske procese koji ga održavaju, od hormona i antitijela do enzima koji ubrzavaju hemijske reakcije u tijelu. Proteini nastaju kada se različite aminokiseline kombinuju u lance  povezane peptidnom vezom, i koji se zatim presavijaju u kompleksne trodimenzionalne strukture. Te strukture određuju funkciju proteina, a time i njihove ključne uloge u našem tijelu. Međutim, predviđanje i kreiranje novih proteinskih struktura predstavljalo je jedan od najvećih izazova u biohemiji. Slijed aminokiselina je nešto što zovemo primarna struktura proteina, a savijanja stvaraju sekundarne, tercijarne pa čak i kvaterne sturkture. Ovo znači da čak i kada znamo slijed aminokiselina, nije lako predvidjeti oblik molekule proteina. Sve te silne veze, uključujući vodikove, supmorne veze, peptidne veze, na kraju utječu na krajnji oblik molekule proteina. A danas znamo kako je taj oblik važan jer čak i mala odstupanja mogu proteine učiniti neupotrebljivim pa dovesti i do teških oboljenja.

Ali ako znamo strukturu proteina i oblik – možemo svašta. Kreirati lijekove, imunoterapije, zdrave proteine koji imaju neku enzimatsku ulogu u organizmu.

David Baker i umjetnost stvaranja novih proteina

David Baker je svoju karijeru posvetio nečemu što se činilo gotovo nemogućim – stvaranju novih proteina od nule. Na Univerzitetu Washington, Baker i njegov tim koriste kompjuterski program Rosetta koji analizira moguće aminokiselinske sekvence kako bi kreirao proteine sa specifičnim funkcijama. Njegov najpoznatiji uspjeh u ovom području je protein nazvan Top7, koji ne liči ni na jedan prirodno postojeći protein, čime je započeo eru dizajna proteina de novo. From the scratch, što bi rekli.

Program Rosetta postao je osnovno sredstvo u razvoju proteina koji mogu poslužiti kao senzori, lijekovi ili vakcine. Na ovaj način, Bakerov rad ima ogroman potencijal za medicinske aplikacije – dizajnirani proteini mogu ciljati specifične ćelije ili molekule, otvarajući vrata preciznijoj i efikasnijoj terapiji.

David je dobio pola Nobelove nagrade, dok je druga polovina podijeljena između Hassabisa i Jumpera. Ovaj Bakerov dio je bio sa san o novim proteinima.

Rađanje AlphaFold-a: AI kao ključ za proteine

Demis Hassabis i John Jumper, istraživači u Google DeepMind-u, 2020. godine predstavili su AlphaFold2, model vještačke inteligencije koji je u stanju predvidjeti strukturu gotovo svih poznatih proteina. Ovaj model donio je spektakularno rješenje za dugogodišnji problem u biohemiji i pokazao nevjerovatnu preciznost u predviđanju struktura proteina u poređenju s tradicionalnim metodama kao što je X-ray kristalografija. AlphaFold2 koristi transformacijske neuronske mreže koje analiziraju goleme baze podataka proteina kako bi uočile ključne obrasce i sa nevjerovatnom tačnošću procijenile njihove strukture.

Svi oni koji prate biomedicinske nauke su čuli za AlphaFold i ovo je jedna od možda najkorisnijih aplikacija umjetne inteligencije. Ovo je primjena umjetne inteligencije za dobrobit čovječanstva.

Otkako je objavljen, AlphaFold2 koristi više od dva miliona istraživača širom svijeta. Njegove primjene su brojne – od razumijevanja mehanizama otpora na antibiotike do vizualizacije enzima koji mogu razgraditi plastiku, što otvara potpuno nove mogućnosti u ekologiji i medicini.

AI i budućnost biohemije

Korištenje AI modela poput AlphaFold2 predstavlja prekretnicu u biologiji, ali i u upotrebi vještačke inteligencije u nauci. Ova tehnologija ne samo da ubrzava istraživanje nego i omogućava brže i efikasnije rješavanje složenih naučnih problema koji bi inače zahtijevali godine rada. AlphaFold2 je već koristio ogroman broj naučnika iz 190 zemalja, a njegova upotreba raste kako istraživači prepoznaju potencijal koji nudi za ubrzanje istraživanja.

I ovdje se, kao i za Nobelovu nagradu iz fizike, postavilo pitanje – da li je ovo nagrada za hemiju ili kompjuterske nauke. No, AlphaFold definitivno ima ogromne aplikacije u hemiji, farmaciji i biotehnologiji, ovo je premostilo jedan ogroman jaz u nauci, problem koji je istraživačima otežavao posao. Dakle, za Bakera je sigurno da pripada ovom polju nagrada, a Hassabis i Jumper također opravdavaju radom pripadnost hemijskoj grupaciji, jer se aplikakcije tehnologije događaju upravo tu. Da li je vrijeme da se Nobelova nagrada modernizira i prilagodi vremenu? Jeste. Ali i ako ostanu vjerni tradiciji, uvijek će naći način da i ove intersekcije nauke i tehnologije budu ovjenčane laueratom.

Nobelova nagrada za hemiju 2024. godine predstavlja priznanje za ova revolucionarna otkrića, ali i inspiraciju za buduće generacije naučnika i inženjera. Predviđanje strukture molekula proteina i dizajn proteina, sada podržani AI modelima, pružaju nove alate za istraživanje i razumijevanje života na molekularnom nivou, otvarajući vrata bezbrojnim mogućnostima za medicinu, ekologiju i tehnologiju u cjelini.

The post Nobelova nagrada za hemiju 2024: nova era u dizajnu proteina i predikciji strukture uz pomoć vještačke inteligencije appeared first on Nauka govori.