جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2024 لفك الشفرة السرية للبروتينات

ذهبت جائزة نوبل في الكيمياء إلى عالم الكيمياء الحيوية ديفيد بيكر، وعلماء جوجل ديب مايند ديميس هاسابيس وجون جمبر، لتوقعهم أشكال البروتين ووظائفه، ولابتكار أشكال جديدة تمامًا يمكنها تحسين الصحة والبيئة.

بواسطة”http://www.scientificamerican.com/author/josh-fischman/”> جوش فيشمان

ال”https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2024/summary/”>2024 جائزة نوبل في الكيمياء مُنحت جائزة نوبل يوم الأربعاء لثلاثة علماء لاكتشافهم كيفية قيام البروتينات – اللبنات الأساسية للحياة والمولدات التي تسمح للخلايا بالعمل – بوظائفها. تعمل البروتينات على بناء العضلات والأدمغة، وتساعد القلوب على النبض في الوقت المناسب، وتصفية السموم، من بين العديد من المهام الأساسية الأخرى.

ذهب نصف جائزة نوبل إلى الباحثين ديميس هاسابيس وجون جمبر، وكلاهما يعملان في Google DeepMind في لندن، لتطويرهما”https://www.scientificamerican.com/article/ai-program-finds-thousands-of-possible-psychedelics-will-they-lead-to-new-drugs/”> ألفا فولد 2- برنامج ذكاء اصطناعي يمكنه”https://www.scientificamerican.com/article/deepminds-ai-makes-gigantic-leap-in-solving-protein-structures/”> التنبؤ بشكل جزيء البروتين وبنيته من وحدات البناء الكيميائية، تسمى الأحماض الأمينية. ولأن شكل البروتين يحدد وظيفته، فإن هذه التنبؤات مهمة للغاية.

ذهب النصف الآخر من الجائزة إلى عالم الأحياء البنيوية ديفيد بيكر من جامعة واشنطن لاكتشافه ذلك”https://www.scientificamerican.com/article/artificial-proteins-never-seen-in-the-natural-world-are-becoming-new-covid-vaccines-and-medicines/”> طرق لتصميم بروتينات جديدة تمامًا- جزيئات لم يسبق لها مثيل في الطبيعة. بعض هذه”https://www.scientificamerican.com/article/engineering-life-building/”> البروتينات الاصطناعية يمكن أن تكون بمثابة أجهزة استشعار صغيرة بينما قد يحجب البعض الآخر فيروس كورونا الذي يسبب مرض كوفيد-19. وسيحصل بيكر على 50% من قيمة الجائزة المالية، وهي 11 مليون كرونة سويدية، أو حوالي مليون دولار. سيحصل هاسابيس وجمبر على الـ50 بالمائة الأخرى.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، فكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال”http://www.scientificamerican.com/getsciam/”> الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

“https://www.scientificamerican.com/article/the-shape-shifting-army-inside-your-cells/”>لأن البروتينات هي عوامل أساسية في علم الأحياءوقال يوهان أكفيست، عضو لجنة جائزة نوبل للكيمياء، في مؤتمر صحفي عقب الإعلان، إن القدرة على تصميم أجسام اصطناعية “أمر مذهل للغاية”. وقال بيكر، الذي استيقظ على مكالمة هاتفية من السويد، إنه “متحمس للغاية ويشرفه للغاية” الحصول على الجائزة وإنه “يقف على أكتاف العمالقة”. ومن بين هؤلاء الباحثين كريستيان أنفينسن، العالم الأمريكي الذي حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1972 بعد اكتشافه أن شكل البروتينات يتحدد بالكامل تقريبًا من خلال تسلسل الأحماض الأمينية. (قال بيكر أيضًا إنه عندما أخبر زوجته أن لجنة جائزة نوبل على الطرف الآخر من الخط، صرخت بصوت عالٍ من الإثارة لدرجة أنه فاته بعض التفاصيل حول من فاز بماذا).

لقد حصلت أشكال الذكاء الاصطناعي الآن على جائزتي نوبل في يومين. العلماء الذين عملوا في الثمانينيات والتسعينيات على تطوير الشبكات العصبية الاصطناعية، وهو نوع من التعلم الآلي الذي ساعد في تمهيد الطريق لتقنيات الذكاء الاصطناعي الأحدث،”https://www.scientificamerican.com/article/nobel-prize-in-physics-awarded-for-breakthroughs-in-machine-learning/”>حصل على جائزة الفيزياء يوم الثلاثاء. تقول أماندا موريس، عالمة الكيمياء العضوية الاصطناعية في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا: “لقد كان للذكاء الاصطناعي تأثير تحويلي”. “سيؤدي ذلك إلى تسريع معدل الاكتشاف.” وتشير إلى أن الطرق التقليدية، مثل علم البلورات بالأشعة السينية، تنبأت فقط بعدد قليل نسبيًا من هياكل البروتينات، ولم تتنبأ إلا بالقليل عما فعلته وكيف فعلته. وفي المقابل برنامج AlphaFold2″https://www.scientificamerican.com/article/deepminds-ai-makes-gigantic-leap-in-solving-protein-structures/”> سجل حوالي 90 على مقياس دقة مكون من 100 نقطة في مسابقة التنبؤ بالهيكل لعام 2020. وتمكن البرنامج من التنبؤ بالبنية ثلاثية الأبعاد لحوالي 200 مليون بروتين بحلول عام 2022.

“https://www.scientificamerican.com/article/one-of-the-biggest-problems-in-biology-has-finally-been-solved/”> قال حسبيس العلمية الأمريكية في مقابلة 2022 يبدو أن الذكاء الاصطناعي يفهم القوى المختلفة التي تجذب وتتنافر مكونات الأحماض الأمينية من وإلى بعضها البعض. تقوم هذه القوى بتحريك البروتين وتحريفه إلى تكوينات محددة يمكن للذكاء الاصطناعي التنبؤ بها. وتسمح هذه التوقعات للباحثين بالتحقيق في استخدام البروتينات لتطوير أدوية جديدة، على سبيل المثال.

تقول موريس إنها مهتمة بنوع البروتينات المصممة القادمة من أعمال بيكر. وهي تستخدم بعض البروتينات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي لتطوير مصادر الطاقة المتجددة. وكجزء من عملية التمثيل الضوئي، تقوم هذه البروتينات بتجريد الإلكترونات من الماء، مما يحرر الإلكترونات ليتم حصادها لاستخدامات أخرى للطاقة. وتقول: “المشكلة هي أن هذه البروتينات تتفكك بسهولة”. ولكن “إذا تمكنا من بناء كائنات اصطناعية من مواد أكثر استقرارا، فقد نكون قادرين على تحويل ذلك إلى عملية طاقة متجددة تعمل بشكل أفضل من الطبيعة”.

ويقول إن من بين البروتينات الاصطناعية التي يثير اهتمام بيكر أكثر من غيرها هي البروتينات”https://www.scientificamerican.com/article/lab-made-miniproteins-could-block-the-coronavirus-from-infecting-cells/”>الجزيئات التي تمنع الطريقة التي يصيب بها فيروس كورونا المسبب لمرض كوفيد، SARS-CoV-2، الخلايا البشرية. وتمكن هو وفريقه من هندسة هذه البروتينات بحجم صغير بحيث يمكن توصيلها عبر رذاذ الأنف بدلاً من الحقنة التقليدية في الذراع.”https://www.scientificamerican.com/article/artificial-proteins-never-seen-in-the-natural-world-are-becoming-new-covid-vaccines-and-medicines/”>قال العلمية الأمريكية في مقال 2021. إن صنع هذه “المجلدات الصغيرة”، كما يسميها هو وفريقه، كان مستحيلاً قبل أن يستنتج هو وعلماء آخرون بعض القواعد الأساسية التي تجمع بعض الأحماض الأمينية معًا وتدفع بعضها الآخر بعيدًا عن بعضها البعض، وتحدد شكل البروتين وبالتالي كيفية تشكيله. فهو يتفاعل مع جزيئات أخرى، مثل مكونات الفيروس.

في عام 2020، بينما كان بيكر يقف إلى جانب منصة في اجتماع علمي، منتظرًا التحدث في لجنة حول تصميم البروتين الذي كنت أشرف عليه، أخبرني أنه يفضل كثيرًا العمل في المختبر على جزيئات جديدة بدلاً من إلقاء الخطب العامة. ومع ذلك، فمع كل المزايا التي يوفرها الاعتراف بجائزة نوبل، تأتي المتطلبات المتعلقة بوقت الفائز. ومن المحتمل أن يكون الوقت الذي سيقضيه بيكر في المختبر محدودًا خلال الأشهر القليلة القادمة، على الأقل حتى ما بعد حفل توزيع الجوائز في ديسمبر في ستوكهولم.