پیام خراسان - جایزه نوبل شیمی در سال 2024 به دیوید بیکر برای طراحی پروتئین محاسباتی و نیمی دیگر به طور مشترک به دمیس حسابیس و جان ام. جامپر برای پیش‌بینی ساختار پروتئین رسید.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد جایزه نوبل شیمی 2024 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 1901 تا سال گذشته(2023) مجموعا 115 جایزه نوبل شیمی به 192 دانشمند اهدا شده بود و مسن‌ترین و جوان‌ترین برنده نوبل شیمی به ترتیب 97 و 35 سال داشته‌اند که جان گودیناف 97 در سال 2019 و فردریک ژولیوت 35 ساله در سال 1935 موفق به کسب این جایزه شدند. دو شیمیدان نیز تاکنون دو بار موفق به کسب این جایزه شده‌اند.
طراحی پروتئین محاسباتی
دیوید بیکر در سال 2003 موفق شد پروتئین جدیدی طراحی کند که شبیه به هیچ پروتئین دیگری نیست. این اولین قدم در کاری بود که فقط می‌توان آن را به عنوان یک پیشرفت فوق‌العاده توصیف کرد.
تعدادی از پروتئین‌های بسیار دیدنی که در آزمایشگاه بیکر با استفاده از نرم افزار رایانه‌ای او به نام روزتا(Rosetta) ایجاد شده است، در تصویر قابل مشاهده است.

پروتئین‌ها را می‌توان به عنوان ابزارهای شیمیایی درخشان توصیف کرد. آنها به طور کلی از 20 اسید آمینه ساخته شده‌اند که می‌توانند به روش‌های بی‌پایان با هم ترکیب شوند. آمینو اسیدها با استفاده از اطلاعات ذخیره شده در DNA به عنوان یک نقشه، در سلول‌های ما به هم متصل می‌شوند تا رشته‌های طولانی را تشکیل دهند.
سپس جادوی پروتئین‌ها اتفاق می‌افتد و رشته اسیدهای آمینه در هم می‌پیچد و تا می‌شود و به یک ساختار سه بعدی متمایز و گاهی منحصر به فرد تبدیل می‌شود. این ساختار چیزی است که به پروتئین‌ها امکان عملکرد آنها را می‌دهد.
به سختی می‌توان درباره پتانسیل بلوک‌های سازنده شیمیایی حیات یعنی این 20 اسید آمینه اغراق نکرد. جایزه نوبل شیمی 2024 در مورد درک و تسلط بر آنها در سطح کاملاً جدیدی است.
او همچنین کد روزتا را منتشر کرد، بنابراین یک جامعه تحقیقاتی جهانی به توسعه نرم افزار ادامه دادند و زمینه‌های کاربردی جدیدی را پیدا کردند.
گروه تحقیقاتی بیکر یکی پس از دیگری پروتئین‌های تخیلی تولید کردند، از جمله پروتئین‌هایی که می‌توان از آنها به عنوان دارو، واکسن، نانومواد و حسگرهای کوچک استفاده کرد.
دیوید بیکر برنده جایزه نوبل شیمی امسال، اولین پروتئینی را ایجاد کرد که کاملاً با تمام پروتئین‌های شناخته شده موجود، متفاوت بود.
پروتئین Top7 برای محققانی که روی طراحی پروتئین‌ها کار می‌کردند، یک پیچیدگی بود. کسانی که قبلاً پروتئین‌های جدیدی ایجاد کرده بودند، تنها قادر به تقلید از ساختارهای موجود بودند.
ساختار منحصر به فرد Top7 در طبیعت وجود نداشت. همچنین این پروتئین با 93 اسید آمینه خود، بزرگ‌تر از هر چیزی بود که قبلاً با استفاده از طراحی‌های قبلی(de novo) تولید شده بود.
پیش‌بینی ساختار پروتئین
دیگر برندگان جایزه نوبل شیمی 2024، دمیس حسابیس و جان جامپر از مدل هوش مصنوعی آلفافولد2(AlphaFold2) خود برای محاسبه ساختار تمام پروتئین‌های انسانی استفاده کردند. آنها همچنین ساختار تقریباً تمام 200 میلیون پروتئینی را که محققان تاکنون هنگام نقشه‌برداری از موجودات زمین کشف کرده‌اند، پیش‌بینی کردند.
گوگل دیپ‌مایند(Google DeepMind) همچنین کد آلفافولد2 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 2024، بیش از دو میلیون نفر از 190 کشور از آلفافولد2 استفاده کرده بودند.
تصویر زیر، چند نمونه از نمونه‌های متعددی را نشان می‌دهد که چگونه آلفافولد2 به محققان کمک می‌کند.

دمیس حسابیس و جان جامپر برندگان جایزه نوبل شیمی 2024 با موفقیت از هوش مصنوعی برای پیش‌بینی ساختار تقریباً همه پروتئین‌های شناخته شده جهان استفاده کردند.
محققان اکنون با آلفافولد2 می‌توانند مقاومت آنتی بیوتیکی را بهتر درک کنند و تصاویری از آنزیم‌هایی ایجاد کنند که می‌توانند پلاستیک را تجزیه کنند.
پروتئین‌ها را می‌توان به عنوان ابزارهای شیمیایی درخشان توصیف کرد. آنها به طور کلی از 20 اسید آمینه ساخته شده‌اند که می‌توانند به روش‌های بی‌پایان با هم ترکیب شوند. آمینو اسیدها با استفاده از اطلاعات ذخیره شده در DNA به عنوان یک نقشه، در سلول‌های ما به هم متصل می‌شوند تا رشته‌های طولانی را تشکیل دهند.
سپس جادوی پروتئین‌ها اتفاق می‌افتد و رشته اسیدهای آمینه در هم می‌پیچد و تا می‌شود و به یک ساختار سه بعدی متمایز و گاهی منحصر به فرد تبدیل می‌شود. این ساختار چیزی است که به پروتئین‌ها امکان عملکرد آنها را می‌دهد.
به سختی می‌توان درباره پتانسیل بلوک‌های سازنده شیمیایی حیات یعنی این 20 اسید آمینه اغراق نکرد. جایزه نوبل شیمی 2024 در مورد درک و تسلط بر آنها در سطح کاملاً جدیدی است.

درباره برندگان
دیوید بیکر متولد 1962 در سیاتل ایالات متحده آمریکا و دارای مدرک دکتری(1989) از دانشگاه کالیفرنیا برکلی و هم اکنون استاد دانشگاه واشنگتن است.
دمیس حسابیس متولد 1976 در لندن و دارنده مدرک دکترا(2009) از کالج دانشگاهی لندن و در حال حاضر مدیر عامل گوگل دیپ‌مایند است.
جان ام. جامپر نیز در سال 1985 در شهر لیتل راک ایالات متحده زاده شده و دکترای خود را در سال 2017 از دانشگاه شیکاگو دریافت کرده و اکنون پژوهشگر ارشد در گوگل دیپ‌مایند است.