Δύο επιτεύγματα επιβραβεύει το Νομπέλ Χημείας που ανακοινώθηκε σήμερα, αλλά τρεις είναι οι βραβευθέντες επιστήμονες. Σύμφωνα λοιπόν με την επίσημη ανακοίνωση της Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών, ο 62χρονος Ντέιβιντ Μπέικερ (David Baker) του Πανεπιστημίου Ουάσιγκτον στο Σιάτλ των ΗΠΑ λαμβάνει το μισό βραβείο για τον «σχεδιασμό πρωτεϊνών με τη βοήθεια υπολογιστών», ενώ ο υπόλοιπο μισό μοιράζεται εξίσου στον 48χρονο Ντέμις Χασάμπις (Demis Hassabis) και τον συνάδελφό του στην εταιρεία Google DeepMind που εδράζει στο Λονδίνο, 39χρονο Τζον Τζάμπερ (John M. Jumper) για την «πρόβλεψη της δομής των πρωτεϊνών».

Μια προσεκτική ματιά στα τρία Νομπελ, δηλαδή του Νομπέλ ιατρικής που ανακοινώθηκε τη Δευτέρα και επιβραβεύει την ανακάλυψη μικροσκοπικών μορίων RNA τα οποία ρυθμίζουν την παραγωγή πρωτεϊνών στα κύτταρα και του Νομπέλ Φυσικής που ανακοινώθηκε εχθές και επιβραβεύει την ανάπτυξη της Τεχνητής Νοημοσύνης, αποκαλύπτει ότι το σημερινό βραβείο είναι μια συνέχεια στο αφήγημα των προηγουμένων: στην πραγματικότητα, και οι τρεις σημερινοί βραβευθέντες αξιοποίησαν τις δυνατότητες των υπολογιστών για να ρίξουν φως σε ένα από τα πλέον δυσεπίλυτα μυστήρια της ζωής, τον τρόπο με τον οποίο οι πρωτεΐνες αποκτούν το σχήμα τους.

Η σημασία των πρωτεϊνών

Το πόσο σημαντικές είναι οι πρωτεΐνες για τη ζωή είναι αυταπόδεικτο: πρόκειται για τα μόρια που «χτίζουν» κάθε κύτταρό μας, ενώ επιτελούν και όλες τις λειτουργίες που μας κρατούν ζωντανούς. Χάρη στις πρωτεΐνες πέπτουμε την τροφή μας, αναπνέουμε, περπατούμε, αντιστεκόμαστε στους παθογόνους μικροοργανισμούς … Για να επιτελέσει σωστά τον ρόλο της κάθε πρωτεΐνη θα πρέπει να έχει μια συγκεκριμένη δομή. Παραδείγματος χάριν, τα αντισώματα που δημιουργεί το ανοσοποιητικό σύστημά μας είναι πρωτεϊνικά μόρια τα οποία «κουμπώνουν» επακριβώς πάνω σε τμήματα πρωτεϊνών των μικροοργανισμών προκειμένου να τους εξουδετερώσουν.

Το γεγονός ότι η δομή και η λειτουργία των πρωτεϊνών πάνε χέρι-χέρι’ έγινε αντιληπτό από τους επιστήμονες εδώ και μισό αιώνα, ωστόσο η πρόβλεψη της δομής μιας πρωτεΐνης αποδείχθηκε πολύ δύσκολη υπόθεση. Για να αντιληφθεί κανείς το μέγεθος του προβλήματος δεν έχει παρά να φαντασθεί πόσα και πόσα σχήματα θα μπορούσε να δημιουργήσει με ένα κολιέ φτιαγμένο από εκατοντάδες χάντρες είκοσι διαφορετικών χρωμάτων: από φιόγκους και ζιγκ-ζαγκ, μέχρι σπιράλ, πιέτες, μαιάνδρους… Κατ΄ αντιστοιχία οι πρωτεΐνες δομούνται από 20 διαφορετικά αμινοξέα η σειρά τοποθέτησης των οποίων σε κάθε πρωτεϊνικό μόριο καθορίζεται από το γενετικό υλικό, το DNA. Και ενώ ήταν σαφές ότι οι χημικές δυνάμεις που ασκούνταν μεταξύ των αμινοξέων παίζουν ρόλο στην τελική διαμόρφωση της πρωτεΐνης, κανείς δεν μπορούσε να μαντέψει με αξιοπιστία ποια θα ήταν αυτή.

Η ανάποδη πορεία

Ετσι, ο Ντέιβιντ Μπέικερ πήγε ανάποδα! Το 2003, σχεδίασε, με τη βοήθεια υπολογιστή την τρισδιάστατη δομή μιας πρωτεΐνης και στη συνέχεια αναζήτησε την αλληλουχία των αμινοξέων από τα οποία απαρτίζονταν. Με άλλα λόγια, «ξεδίπλωσε» την πρωτεΐνη για να δει από τι αποτελούνταν το κολιέ των αμινοξέων. Και στη συνέχεια, δημιούργησε πραγματικά αυτή την πρωτεΐνη που είχε φανταστεί και η οποία δεν υπήρχε πουθενά στη φύση! Από τότε στο εργαστήριό του έχουν δημιουργηθεί μια σειρά «φανταστικών» πρωτεϊνών οι οποίες βρίσκουν μια πληθώρα εφαρμογών, από εμβόλια και φάρμακα μέχρι αισθητήρες και νανοϋλικά. Διόλου τυχαία το όνομα του προγράμματος που δημιούργησε ο Μπέικερ για να «ξεδιπλώνει» ψηφιακά τις πρωτεΐνες του ονομάστηκε Rosseta.

Μέχρι το 2020, η πρόβλεψη της δομής μιας πρωτεΐνης ήταν μια επίπονη και χρονοβόρος διαδικασία της οποίας η αξιοπιστία δεν ξεπερνούσε το 30%. Το 2020, οι Ντέμι Χασάμπις (ο οποίος είναι κυπροκινεζικής καταγωγής) και Τζον Τζάμπερ παρουσίασαν το μοντέλο Τεχνητή Νοημοσύνης AlphaFold2 πάνω στο οποίο εργαζόταν για σχεδόν μια δεκαετία. Όπως επισημαίνεται και στην ανακοίνωση του βραβείου «με τη βοήθειά του, μπόρεσαν να προβλέψουν την δομή όλων των 200 εκατομμυρίων πρωτεϊνών που οι ερευνητές είχαν εντοπίσει. Μετά από αυτό το επίτευγμα, το AlphaFold2 αξιοποίησαν περισσότεροι από 2 εκατομμύρια επιστήμονες σε 190 χώρες. Μεταξύ των μυριάδων επιστημονικών εφαρμογών, οι ερευνητές μπορούν τώρα να κατανοήσουν καλύτερα την ανθεκτικότητα των μικροοργανισμών στα αντιβιοτικά αλλά και να δημιουργήσουν εικόνες ενζύμων τα οποία μπορούν να αποικοδομήσουν το πλαστικό».