علماء يسخرون AI لفك لغز البروتينات ويحصدون نوبل للكيمياء

منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2024 لثلاثة علماء حققوا إنجازاً غير مسبوق في مجال دراسة البروتينات وتصميمها باستخدام الذكاء الاصطناعي، وقد فاز بالجائزة كل من العالم الأمريكي ديفيد بيكر، والبريطانيين ديميس حسابيس وجون جامبر.

البروتينات: أدوات الحياة الكيميائية الرائعة

وكشف الصفحة الرسمية للأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل على منصة إكس، أن أسباب منح الجائزة للعلماء الثلاثاء يرجع إلى أهمية البروتينات التي تعد من أهم المكونات الأساسية للحياة، وتوصف بأنها "أدوات الحياة الكيميائية الرائعة"، وتتكون البروتينات عادة من 20 حمضاً أمينياً يمكن دمجها بطرق لا حصر لها.

وباستخدام المعلومات المخزنة في الحمض النووي (DNA) كمخطط، يتم ربط الأحماض الأمينية معاً في خلايانا لتشكيل سلاسل طويلة.

ثم يحدث ما يمكن وصفه بـ "سحر البروتينات": تلتف سلسلة الأحماض الأمينية، وتنطوي لتشكل بنية ثلاثية الأبعاد محددة - وأحياناً فريدة، وهذه البنية هي ما يمنح البروتينات وظائفها المتنوعة والحيوية.

BREAKING NEWS
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2024 #NobelPrize in Chemistry with one half to David Baker “for computational protein design” and the other half jointly to Demis Hassabis and John M. Jumper “for protein structure prediction.” pic.twitter.com/gYrdFFcD4T

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 9, 2024

إنجازات الفائزين بجائزة نوبل

استطاع ديفيد بيكر أن يحدث ثورة في تصميم البروتينات، فقد نجح في تحقيق إنجاز كان يُعتبر مستحيلاً تقريباً، وهو تصميم وبناء أنواع جديدة تماماً من البروتينات.

ففي عام 2003، صمم بيكر بروتيناً جديداً أطلق عليه اسم "Top7"، وهو أول بروتين مصمم بالكامل يختلف عن جميع البروتينات المعروفة.

كان هذا الإنجاز بمثابة صدمة للباحثين في مجال تصميم البروتينات، حيث كان من قبل يتم فقط محاكاة البنى الموجودة بالفعل، أما "Top7" فقد كان له بنية فريدة لم تكن موجودة في الطبيعة، وبحجم أكبر (93 حمضاً أمينياً) مما تم إنتاجه سابقاً باستخدام التصميم من الصفر.

منذ ذلك الحين، قام مختبر بيكر بإنتاج العديد من الابتكارات المذهلة في مجال البروتينات، بما في ذلك بروتينات يمكن استخدامها كأدوية ولقاحات ومواد نانوية ومستشعرات دقيقة.

 ديميس حسابيس وجون جامبر: الذكاء الاصطناعي يفك شفرة البروتينات

أما عن إنجاز ديميس حسابيس وجون جامبر، ففي عام 2020، قدما نموذج الذكاء الاصطناعي AlphaFold2 باستخدام هذا النموذج، تمكنا من التنبؤ ببنية ما يقرب من 200 مليون بروتين معروف للباحثين،  وقد حل هذا الإنجاز مشكلة ظلت تحير العلماء لمدة 50 عاماً.

منذ هذا الاختراق، تم استخدام AlphaFold2 من قبل أكثر من مليوني شخص من 190 دولة، ومن بين التطبيقات العلمية العديدة، يمكن للباحثين الآن فهم مقاومة المضادات الحيوية بشكل أفضل وإنشاء صور للإنزيمات التي يمكنها تحليل البلاستيك.

تأثير الاكتشافات وآفاقها المستقبلية

إن الإمكانات الكامنة في هذه الاكتشافات هائلة، فقد أصبح العمل الذي كان يستغرق سنوات في السابق يتم إنجازه في دقائق معدودة بفضل هؤلاء العلماء الحائزين على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2024.

وقد تم إتاحة الشفرة المصدرية لـ AlphaFold2 للجمهور من قبل Google DeepMind، مما يجعلها متاحة لأي شخص، وقد أصبح هذا النموذج بمثابة كنز ذهبي للباحثين في مجالات متعددة.

من المتوقع أن تؤدي هذه الاكتشافات إلى تطورات كبيرة في مجالات الطب وعلوم المواد والتكنولوجيا الحيوية، فمن خلال فهم أفضل لبنية البروتينات وتصميم بروتينات جديدة، يمكن للعلماء تطوير أدوية أكثر فعالية، وإنشاء مواد جديدة ذات خصائص فريدة، وحتى المساعدة في حل مشكلات بيئية مثل تحلل البلاستيك.