برندگان نوبل شیمی ۲۰۲۴ معرفی شدند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، 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 گذشته (۲۰۲۳) مجموعا ۱۱۵ جایزه نوبل شیمی به ۱۹۲ دانشمند اهدا شده 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 تاکنون دو بار موفق به کسب این جایزه شده‌اند.

طراحی پروتئین محاسباتی

دیوید بیکر در سال ۲۰۰۳ 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 ۲۰ 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 ۲۰ اسید آمینه اغراق نکرد. جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ 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 Top۷ 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 Top۷ در طبیعت وجود نداشت. همچنین این پروتئین با ۹۳ 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 ۲۰۲۴، دمیس حسابیس و جان جامپر از مدل هوش مصنوعی آلفافولد۲ (AlphaFold ۲) خود برای محاسبه ساختار تمام پروتئین‌های انسانی استفاده کردند. آنها همچنین ساختار تقریباً تمام ۲۰۰ میلیون پروتئینی را که محققان تاکنون هنگام نقشه‌برداری از موجودات زمین کشف کرده‌اند، پیش‌بینی کردند.

گوگل دیپ‌مایند (Google DeepMind) همچنین 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، بیش از دو میلیون نفر از ۱۹۰ کشور از آلفافولد۲ استفاده کرده بودند.

تصویر زیر، چند نمونه از نمونه‌های متعددی را نشان می‌دهد که چگونه آلفافولد۲ به محققان کمک می‌کند.

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

محققان اکنون با آلفافولد۲ 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 ۲۰ 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 ۲۰ اسید آمینه اغراق نکرد. جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ در مورد درک و تسلط بر آنها در سطح کاملاً جدیدی است.

درباره 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 در حال حاضر 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.