Откритията на нобеловите лауреати за химия ще ускорят създаването на лекарства

Откритията на лауреатите на Нобеловата награда за химия за 2024 г. Дейвид Бейкър, Демис Хасабис и Джон Джъмпър ще ускорят драстично разработването на нови лекарства и терапии. Веднага след като стана ясно, кои са носителите на Нобел за химия, едни от първите коментари бяха насочени към два основни акцента. Първият е, че очевидно 2024-а се превръща в годината на изкуствения интелект, а вторият, че постиженията на Нобеловите лауреати показват, че машинното обучение не е единствено инструмент за работа на учените по компютърни науки, а се превръща в съществена част от бъдещето на медицината. И всъщност голямото постижение на нобелистите за химия тази година е, че справяйки се с най-трудните проблеми в сферата на биологията, те отварят широко вратата пред нови възможности за създаването на лекарства и за прилагането в много по-голяма степен на персонализираната медицина.

Нобел за химия 2024 г.

През 2024 г. Нобеловият комитет отличи две изследвания. Те са различни, но дълбоко свързани по своята същност, тъй като в центъра и на двете са протеините, които съставляват съществена част от телата ни и на практика представляват молекулярни машини за живот.

Разбирането на структурата им е от съществено значение, тъй като формите им определят и функциите, които изпълняват.

При едното Демис Хасабис и Джон Джъмпър прогнозират структурата на всички известни протеини като използват за целта изкуствен интелект. При другото Дейвид Бейкър успява да създаде нови протеини.

Изкуственият интелект, който успя да предвиди 3D структурата на протеините

Демис Хасабис и Джон Джъмпър създават модела на изкуствен интелект AlphaFold, който чрез аминокиселинната последователност прогнозира триизмерни протеинови структури, а това позволява да прогнозират структурата на над 200 милиона протеина, а това са всички, които до момента учените са секвенирали.

През 2010-а Демис Хасабис създава компанията DeepMind като си поставя голямата цел да комбинира неврологията с изкуствения интелект, за да бъдат решавани реални проблеми. През 2016-а Демис Хасабис и Джон Джъмпър започват да работят по проблемите, свързани със сгъването на протеините.

>>>Протеини в кръвта сигнализират за рак няколко години преди откриването му

Така през 2020-а се стига до създаването на AlphaFold2 – изкуственият интелект, който е в състояние да предвиди 3D структурата на протеините чрез техните аминокиселинни последователности. От създаването му AlphaFold2 се използва в над 190 страни в света. Има много приложения, а сред тях е възможността учените да разберат повече за антибиотичната резистентност и да създават лекарства.

През 2024-а компанията подобрява версията и създава AlphaFold3, който не само предсказва формата на протеините, но и идентифицира потенциалните места за свързване на малки молекули, което от своя страна улеснява учените за проектират лекарства, насочени прецизно към правилните протеини.

>>>Нобел за медицина 2024: Виктор Амброс и Гари Рувкън за откриването на микроРНК

„Да получиш Нобелова награда е чест за цял живот. Посветих кариерата си на развитието на изкуствения интелект, заради невероятния му потенциал да подобри живота на милиарди хора“, заявява носителят на престижното отличие Демис Хасабис, а колегата му Джон Джъмпър, споделя, че се гордее с приноса си. „Това е ключово доказателство, че изкуственият интелект ще ускори развитието на науката и в крайна сметка ще помогне да бъдат разбрани болестите и да бъдат открити най-добрите лечения“, казва Джон Джъмпър.

Новите протеини

Втората част от Нобеловата награда за химия 2024-а отива при Дейвид Бейкър от Вашингтонския университет, който изследва сгъването на протеините от началото на 90-те години на миналия век. Приносът му към науката за протеините е значителен. Той и екипът му създават софтуера „Розета“, за да прогнозира протеиновите структури. Големият напредък е, когато обръщат процеса и вместо да въвеждат аминокиселинни последователности в софтуера, за да получат протеини, изследователите правят точно обратното – въвеждат протеинови структури, за да получат предложения от изкуствения интелект за аминокиселинните последователности. Така създават нови протеини, сред които и Top7 – протеин, който не съществува в природата и в който има повече от 90 аминокиселини.

>>>3D реконструкция на мозъка показва детайлно клетки и невронни връзки

Двата подхода се допълват и са повратна точка в науката, защото ускоряват фундаменталните изследвания и водят до разработването много по-бързо на ефективни лекарства.

За новите лекарства и разбирането на процесите, свързани с болестите

Д-р Софи Сакен-Мора, директор на изследванията в лабораторията по теоретична биохимия на Националния научен изследователски център, Париж, Франция, коментира, че получилите Нобел изследвания имат огромно въздействие върху биологията. „Нобеловата награда за химия за 20224-а бележи революцията на изкуствения интелект в биологията, защото се фокусира върху ключови съставки за функционирането на живите същества – протеините“, казва тя и припомня, че за да се разбере как работи един протеин, трябва да се познава триизмерната му структура.

„В миналото това ставаше чрез кристалографски методи, по-късно чрез ЯМР, а това отнемаше месеци, а често и години. Революцията настъпи през 2020-а, когато с AlphaFold2 с въвеждането на последователност от аминокиселини, стана възможно да се разбере структурата на всеки протеин.“

Ръководителката на катедрата по фармацевтична и медицинска химия в Томския държавен университет, Русия, Ирина Кузина прави следния коментар: „Това е пробив в синтетичната биология, генното и молекулярното инженерство. Перспективите са огромни, а областите на приложение различни. Триизмерната структура на протеиновите молекули демонстрира полезността си в биомедицината. Ние вече сме в състояние да получаваме молекули и вещества, които нямат аналози.“

>>>Всеки пети личен лекар използва изкуствен интелект в работата си

Александър Ломзов, заместник-директор на Института по химична биология и фундаментална медицина на Руската академия на науките, алгоритъм за прогнозиране на структурата на протеините ще доведе както до ускореното разработване на лекарства на онкологичните и генетични заболявания, така и до по-доброто разбиране на механизмите, по които работят молекулярните машини вътре в клетката.

Потенциалът е невероятен, категорични са учените, защото става дума за създаването на медикаменти и наноматериали.

Не на последно място учени коментират колко важни са двете открития, когато става дума за разбирането на процесите, свързани с болестите.