Švédská královská akademie věd rozhodla o udělení letošní Nobelovy ceny za chemii. Jednu polovinu dostane David Baker z Washingtonské univerzity za výpočetní projektování proteinů, zatímco druhou polovinu obdrží rovným dílem Demis Hassabis a John M. Jumper z Google DeepMind za předpovídání struktury proteinů.
Vědci byli oceněni za průlomové práce, které řeší zásadní otázky v oblasti proteinů – od jejich návrhu až po předpověď jejich struktury. Svými revolučními objevy posunuli hranici toho, co dokáže věda v oblasti proteinů, které jsou základními stavebními prvky života.
Rozluštili tajemství proteinů
Proteiny, o nichž je řeč, jsou základními „dělníky“ našeho těla. Jsou to molekuly, které hrají klíčovou roli ve všech živých organismech – od stavby buněk, až po řízení biochemických reakcí. Aby vědci lépe pochopili, jak proteiny fungují, bylo nutné rozluštit jejich strukturu. Přestože existovaly starší techniky, jako je rentgenová krystalografie, umělá inteligence umí tyto úkoly provádět mnohem rychleji a efektivněji.
David Baker, který získal první polovinu ceny, vyvinul metodu umožňující tvorbu nových proteinů, které nemají v přírodě obdobu. Tyto umělé proteiny mají široké uplatnění od farmaceutik po nanotechnologie. Již v roce 2003 Baker se svým týmem vytvořil první zcela nový protein, který se nepodobal žádnému jinému známému proteinu. Jeho objevy umožňují například vývoj nových léků a vakcín nebo materiálů s unikátními vlastnostmi.
Klíčovým nástrojem byl v tomto směru program Rosetta, který umožnil vědcům předvídat, jak se aminokyseliny složí do trojrozměrných struktur. Právě díky Rosettě dokázal Bakerův tým vytvořit první zcela nový protein. Tento software se stal základem pro vývoj dalších umělých proteinů, které nacházejí uplatnění v širokém spektru oborů.
Umělá inteligence AlphaFold2
Demis Hassabis a John M. Jumper společně vyvinuli model umělé inteligence označovaný jako AlphaFold2. Tento nástroj dokázal v roce 2020 vyřešit dlouhodobý vědecký problém – předpověď trojrozměrné struktury proteinů na základě jejich aminokyselinového řetězce.
Proteiny jsou totiž tvořeny řetězcem aminokyselin, který se složitě skládá do trojrozměrného tvaru. Právě tento tvar rozhoduje o tom, jak protein v konečném důsledku funguje v organismu. Schopnost předpovídat, jak se tento řetězec poskládá, byla vědeckým snem od 70. let, ale až AlphaFold2 dokázal tento problém vyřešit s přesností okolo 90 %. Přesnost byla ověřena v roce 2020 během soutěže CASP (Critical Assessment of Protein Structure Prediction).
AlphaFold2 znamenal pro biochemii obrovský krok vpřed, protože jeho dopady jsou doslova ohromující. Díky umělé inteligenci jsou vědci schopni rychle analyzovat a pochopit strukturu prakticky všech známých proteinů, což jim umožňuje porozumět například antibiotické rezistenci nebo vývoji enzymů, které by mohly rozkládat plasty. Od uvedení použily AlphaFold2 více než dva miliony vědců z více než 190 zemí z celého světa a počet aplikací neustále roste.
Jak vytvořit nový protein zcela od základů
David Baker šel však ještě dál. Zatímco Hassabis a Jumper se zaměřili na předpověď struktur již existujících proteinů, Baker se zaměřil na návrh úplně nových umělých proteinů. Tento přístup, který bývá označován jako „de novo design“, umožňuje vědcům vytvořit nový protein prakticky zcela od základů. Díky tomu lze navrhovat proteiny s konkrétními funkcemi, které by příroda sama nikdy nevytvořila.
Práce těchto tří vědců otevřela nové možnosti v budoucnosti medicíny a biotechnologií. Umělé proteiny mohou být využity například při léčbě rakoviny, výrobě vakcín proti novým virovým kmenům nebo ve vývoji materiálů, které jsou ekologičtější a odolnější. Díky těmto objevům má věda nyní v rukou nástroje, které mohou transformovat celé odvětví zdravotnictví i dalších průmyslových sektorů.
V roce 2024 byla umělá inteligence oceněna nejen v oblasti chemie, ale i ve fyzice, kde Nobelovu cenu získali vědci za vývoj klíčových principů neuronových sítí. Tito průkopníci položili základy pro moderní systémy AI, které dnes hrají zásadní roli ve vědeckém pokroku. Tato ocenění potvrzují rostoucí význam umělé inteligence v různých vědeckých disciplínách a její potenciál měnit způsob, jakým chápeme svět.
Zdroje: nobelprize.org, nobelprize.org, theverge.com.