ULTIMĂ ORĂ Premiul Nobel pentru Chimie 2024, acordat pentru trei cercetători care „au descifrat codul structurilor uimitoare ale proteinelor”

David Backer de la Universitatea din Washington, Demis Hassabis și John M. Jumper de la Google DeepMind din Marea Britanie împart anul acesta premiul Nobel pentru Chimie 2024. Aceștia „au descifrat codul structurilor uimitoare ale proteinelor”, anunță Academia Regală Suedeză de Științe. “Premiul Nobel pentru Chimie 2024 recunoaște două descoperiri diferite, dar care sunt strâns legate”, notează Academia.

• Premiul, în valoare de 11 milioane de coroane suedeze, aproximativ 970.000 de euro, va fi împărțit între cei trei cercetători.
• Acordarea premiilor Nobel 2024 continuă joi premiul Nobel pentru Literatură, vineri se acordă Premiul Nobel pentru Pace, iar luni cel pentru Economie.

“Premiul Nobel pentru Chimie 2024 este dedicat proteinelor, instrumentele chimice ingenioase ale vieții. David Baker a reușit performanța aproape imposibilă de a construi tipuri complet noi de proteine.

Demis Hassabis și John Jumper au dezvoltat un model AI pentru a rezolva o problemă veche de 50 de ani: prezicerea structurilor complexe ale proteinelor. Aceste descoperiri au un potențial enorm”, potrivit anunțului Academiei Regale Suedeză de Științe, cea care decernează Premiile Nobel.

Cei trei cercetători au dezvăluit secretele proteinelor prin calcul și inteligență artificială.

“Capacitatea de a crea proteine încărcate cu funcții noi este la fel de uimitoare. Aceasta poate conduce la noi nanomateriale, produse farmaceutice țintite, dezvoltarea mai rapidă a vaccinurilor, senzori minimali și o industrie chimică mai ecologică – pentru a numi doar câteva aplicații care sunt în beneficiul umanității”, scrie Academia Regală Suedeză de Științe.

Academia Regală Suedeză de Științe notează:

“Cum este posibilă chimia exuberantă a vieții? Răspunsul la această întrebare este existența proteinelor, care pot fi descrise ca instrumente chimice geniale. Acestea sunt în general construite din 20 de aminoacizi care pot fi combinați în moduri infinite. Folosind informațiile stocate în ADN ca model, aminoacizii sunt legați între ei în celulele noastre pentru a forma șiruri lungi.

Apoi are loc magia proteinelor: șirul de aminoacizi se răsucește și se pliază într-o structură tridimensională distinctă – uneori unică – (figura 1). Această structură este cea care conferă proteinelor funcția lor. Unele devin blocuri chimice care pot crea mușchi, coarne sau pene, în timp ce altele pot deveni hormoni sau anticorpi. Multe dintre ele formează enzime, care conduc reacțiile chimice ale vieții cu o precizie uimitoare. Proteinele care se află pe suprafața celulelor sunt, de asemenea, importante și funcționează ca și canale de comunicare între celulă și mediul înconjurător.

Cu greu se poate supraevalua potențialul pe care îl reprezintă aceste 20 de aminoacizi, blocuri chimice ale vieții. Premiul Nobel pentru Chimie 2024 se referă la înțelegerea și stăpânirea lor la un nivel cu totul nou.

O jumătate din premiu le revine lui Demis Hassabis și John Jumper, care au utilizat inteligența artificială pentru a rezolva cu succes o problemă cu care chimiștii s-au luptat timp de peste 50 de ani: prezicerea structurii tridimensionale a unei proteine dintr-o secvență de aminoacizi. Acest lucru le-a permis să prezică structura a aproape toate cele 200 de milioane de proteine cunoscute. Cealaltă jumătate a premiului este acordată lui David Baker. El a dezvoltat metode computerizate pentru a realiza ceea ce mulți oameni credeau că este imposibil: crearea de proteine care nu existau anterior și care, în multe cazuri, au funcții complet noi.

Premiul Nobel pentru Chimie 2024 recunoaște două descoperiri diferite, dar, după cum veți vedea, acestea sunt strâns legate. Pentru a înțelege provocările pe care le-au depășit laureații din acest an, trebuie să privim înapoi la începuturile biochimiei moderne.

Primele imagini granulate ale proteinelor

Chimiștii au știut încă din secolul al XIX-lea că proteinele sunt importante pentru procesele vieții, dar abia în anii 1950 instrumentele chimice au fost suficient de precise pentru ca cercetătorii să înceapă să exploreze proteinele mai în detaliu. Cercetătorii de la Cambridge John Kendrew și Max Perutz au făcut o descoperire revoluționară atunci când, la sfârșitul deceniului, au utilizat cu succes o metodă numită cristalografie cu raze X pentru a prezenta primele modele tridimensionale ale proteinelor. Ca recunoaștere a acestei descoperiri, ei au primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1962.

Ulterior, cercetătorii au folosit în primul rând cristalografia cu raze X – și, adesea, o cantitate mare de efort – pentru a produce cu succes imagini ale aproximativ 200 000 de proteine diferite, ceea ce a pus bazele Premiului Nobel pentru Chimie 2024″, notează Academia Regală Suedeză de Științe.

Cealaltă jumătate a Premiului Nobel pentru Chimie 2024

“A doua jumătate a premiului Nobel pentru Chimie 2024 se referă la arta de a crea proteine noi de la zero.

Domeniul proiectării proteinelor – în care cercetătorii creează proteine personalizate cu funcții noi – a început să ia amploare la sfârșitul anilor 1990. În multe cazuri, cercetătorii au modificat proteinele existente, astfel încât acestea să poată face lucruri precum descompunerea substanțelor periculoase sau să funcționeze ca instrumente în industria de producție chimică.

Cu toate acestea, gama de proteine naturale este limitată. Pentru a crește potențialul de a obține proteine cu funcții complet noi, grupul de cercetare al lui Baker a dorit să le creeze de la zero. După cum a spus Baker, „dacă vrei să construiești un avion, nu începi prin a modifica o pasăre; în schimb, înțelegi primele principii ale aerodinamicii și construiești aparate de zbor pornind de la aceste principii”.

La sfârșitul anilor 1990, Baker a început să dezvolte programe informatice care puteau prezice structurile proteinelor: Rosetta.

Domeniul în care sunt construite proteine complet noi se numește design de novo. Grupul de cercetare a desenat o proteină cu o structură complet nouă, iar apoi Rosetta a calculat ce tip de secvență de aminoacizi ar putea rezulta în proteina dorită. Pentru a face acest lucru, Rosetta a căutat într-o bază de date toate structurile cunoscute ale proteinelor și a căutat fragmente scurte de proteine care prezentau similitudini cu structura dorită. Folosind cunoștințe fundamentale despre peisajul energetic al proteinelor, Rosetta a optimizat apoi aceste fragmente și a propus o secvență de aminoacizi.

Pentru a investiga succesul programului, grupul de cercetare al lui Baker a introdus gena pentru secvența de aminoacizi propusă în bacterii care au produs proteina dorită. Apoi au determinat structura proteinei utilizând cristalografia cu raze X.

S-a dovedit că Rosetta chiar poate construi proteine. Proteina dezvoltată de cercetători, Top7, avea aproape exact structura proiectată”, potrivit Academiei Regale Suedeze de Științe.

“Baker și-a publicat descoperirea în 2003. Acesta a fost primul pas în ceva ce poate fi descris doar ca o dezvoltare extraordinară; câteva dintre numeroasele proteine spectaculoase create în laboratorul lui Baker pot fi văzute în figura 4. De asemenea, el a publicat codul pentru Rosetta, astfel încât o comunitate globală de cercetători a continuat să dezvolte software-ul, găsind noi domenii de aplicare.

Legătura cu Premiul Nobel pentru Chimie 2024

După ce Demis Hassabis și John Jumper au confirmat că AlphaFold2 (modelul AI creat de cei doi) funcționează cu adevărat, ei au calculat structura tuturor proteinelor umane. Apoi au prezis structura practic a tuturor celor 200 de milioane de proteine pe care cercetătorii le-au descoperit până acum în cartografierea organismelor de pe Pământ.

De asemenea, Google DeepMind a făcut public codul AlphaFold2 și oricine îl poate accesa. Modelul AI a devenit o mină de aur pentru cercetători. Până în octombrie 2024, AlphaFold2 a fost utilizat de peste două milioane de persoane din 190 de țări. Anterior, obținerea unei structuri proteice dura adesea ani de zile, sau chiar deloc. Acum se poate face în câteva minute.

Versatilitatea uimitoare a proteinelor ca instrumente chimice este reflectată în marea diversitate a vieții. Faptul că acum putem vizualiza atât de ușor structura acestor mici mașini moleculare este uluitor; acest lucru ne permite să înțelegem mai bine cum funcționează viața, inclusiv de ce apar unele boli, cum apare rezistența la antibiotice sau de ce unii microbi pot descompune plasticul.

Capacitatea de a crea proteine încărcate cu funcții noi este la fel de uimitoare. Aceasta poate conduce la noi nanomateriale, produse farmaceutice țintite, dezvoltarea mai rapidă a vaccinurilor, senzori minimali și o industrie chimică mai ecologică – pentru a numi doar câteva aplicații care sunt în beneficiul umanității”, scrie Academia Regală Suedeză de Științe.

VIDEO LIVE de la anunțarea Premiului Nobel pentru Chimie 2024

Citește și:

ULTIMĂ ORĂ Premiul Nobel pentru Medicină 2024, acordat cercetătorilor Victor Ambros și Gary Ruvkun pentru descoperirea microARN-ului

Premiul Nobel pentru Fizică 2024 – acordat lui John Hopfield și Geoffrey Hinton „pentru descoperirile și invențiile fundamentale care permit învățarea automată”, „esențiale pentru dezvoltarea modelelor de inteligență artificială”