蛋白質結構與設計研究榮獲 2024 年諾貝爾化學獎

由和

已更新2024 年 10 月 9 日上午 11:59

三位科學家因努力解開生命組成部分蛋白質的奧秘而榮獲 2024 年諾貝爾化學獎。

該獎項頒給了大衛貝克（David Baker），他因計算蛋白質設計而獲獎。以及 Demis Hassabis 和 John Jumper 的“蛋白質結構預測”瑞典皇家科學院10月9日在斯德哥爾摩舉行的記者會上宣布了這項消息。

蛋白質幾乎可以實現生活的各個層面。它們建構我們的骨骼、皮膚和頭髮；它們將貨物從一個單位運送到另一個單位；它們是針對危險微生物的抗體；它們是修復受損 DNA 的分子機器。它們在身體中的作用幾乎是無窮無盡的。

每種蛋白質均由一串稱為胺基酸的分子組成。將繩子折起來，就得到了蛋白質。但如何弦的折疊是關鍵。它可以像紙扇一樣打褶，彎曲成螺旋狀，像一張紙一樣揉皺等等。潛在形狀的範圍取決於字串中胺基酸的順序。

就像鑰匙的形狀決定它能打開哪把鎖一樣，蛋白質的形狀也會影響它在體內的作用。 ？諾貝爾化學委員會成員約翰‧奧奎斯特在記者會上說。 “這就是今年的獲獎者所做的。”

1998 年，西雅圖華盛頓大學的生物化學家 David Baker 和他的同事首次推出了一個名為 Rosetta 的電腦程序，該程式可以採用短氨基酸序列並預測所得蛋白質的 3-D 結構是什麼樣子。但真正的突破出現在 2003 年，當時貝克的團隊改變了這個想法。他們勾勒出一種人造的 3D 蛋白質？自然界中不存在的東西？並要求羅塞塔提出一個可以折疊成該結構的胺基酸序列。

它起作用了。當貝克的團隊在實驗室合成胺基酸序列時，我t 折疊成一種蛋白質，就像羅塞塔預測的那樣。從那時起，貝克創造了一系列設計蛋白，其中一種可以感知環境中的芬太尼，另一種可以阻止冠狀病毒。

“大衛貝克開闢了一個我們以前從未見過的蛋白質結構的全新世界，”阿奎斯特說。 “幾乎就好像只有你的想像力才能限制你的能力。”

神經科學家 Leslie Vosshall 表示，她在紐約市洛克斐勒大學自己的實驗室中使用了 Rosetta。 “這些軟體演算法加速了所有科學家完成工作的能力，”她說。 “過去需要幾十年或永遠的事情現在只需一分鐘。”沃斯霍爾也是霍華休斯醫學研究所的副所長，貝克是該研究所的研究員。

Demis Hassabis 和 John Jumper 分享的獎項來自於蛋白質結構預測的進展。 2016 年，倫敦Google DeepMind 的電腦科學家們因創建了一個（序號：2016 年 3 月 15 日）。

兩年後，他們利用人工智慧解決了一個更棘手的問題。兩人的 AI 模型稱為 AlphaFold，可根據胺基酸序列預測蛋白質結構，準確率接近 60%？遠高於之前所取得的成就。

Åqvist 說，這已經是向前邁出的一步，但是模型的第二個版本 AlphaFold2 甚至更好。它提供的結果幾乎與確定蛋白質結構的黃金標準方法（一種稱為 X 射線晶體學的實驗室技術）一樣好。

Hassabis 和 Jumper 的人工智慧模型利用了已知蛋白質序列和結構的資料庫。它使用該資訊來繪製給定序列中各個氨基酸之間可能的物理距離，然後將該圖轉換為三維結構？ Åqvist 說，準確率高達 90%。 “使用 AlphaFold2 進行蛋白質結構預測引發了結構生物化學的徹底革命。”

AlphaFold 團隊現在已經今天科學家知道（序號：22 年 9 月 23 日）。生物學家使用 AlphaFold 來預測蜜蜂的基因組和蛋白質（SN: 4/10/23, SN: 12/21/22)。

這是今年第二個表彰人工智慧的諾貝爾獎。物理學獎於 10 月 8 日頒發給約翰·霍普菲爾德 (John Hopfield) 和傑弗裡·辛頓 (Geoffrey Hinton)，他們（序號：10/8/24）。

“這真的很有趣，這與物理學獎的契合程度如何？”美國化學會主席瑪麗·K·卡羅爾說。 “哈薩比斯和跳躍者使用神經網路的事實是計算和數學工具如何為許多真正令人興奮的科學工作提供資訊和奠定基礎的另一個例子。”

電腦科學家維吉尼亞·迪格努姆（Virginia Dignum）也同意這種觀點。 ？瑞典於默奧大學人工智慧政策實驗室主任 Dignum 說。科學的真正突破不再是單一學科的領域，而是需要廣闊的視野和不同見解的結合。人工智慧在這裡是探索偉大研究空間的加速器和支援。

今天清晨，諾貝爾委員會打電話來時，貝克正在睡覺。他記得，當他得知這個消息時，他的妻子開始大聲尖叫，以至於他聽不見電話那頭的聲音。 ？他在記者會上透過電話說。 “事實證明這是一個非常獨特、特別的日子。”

總獎金為 1,100 萬瑞典克朗，約 100 萬美元，將由三位獲獎者平分。貝克將獲得一半，哈薩比斯和朱珀將平分其餘部分。

特約撰稿人麗莎·格羅斯曼對這個故事做出了貢獻。