Bộ ba tiên phong về protein nhận giải Nobel Hóa học 2024

Theo công bố vào chiều qua, giải Nobel Hóa học 2024 trị giá 11 triệu krona (26,3 tỉ đồng) được trao một nửa cho ông David Baker tại Đại học Washington (Mỹ) nhờ thành tựu trong việc "thiết kế protein bằng máy tính" và một nửa còn lại được trao chung cho ông Demis Hassabis và ông John M. Jumper của Công ty Google DeepMind (Anh) nhờ việc "dự đoán cấu trúc protein".

Ông Hassabis và ông Jumper đã sử dụng thành công trí tuệ nhân tạo (AI) để dự đoán cấu trúc của hầu hết các protein đã biết, trong khi ông Baker đã tạo ra các protein hoàn toàn mới.

Người tạo ra protein

Protein là các phân tử sinh học lớn, cấu tạo chủ yếu từ các chuỗi a xít amin. Chúng đóng vai trò rất quan trọng trong hầu hết các quá trình sinh học của cơ thể. Protein còn có nhiều chức năng như xúc tác, miễn dịch, vận chuyển và cấu tạo cho các mô.

ẢNH: AFP

Thông thường, protein bao gồm 20 a xít amin khác nhau, hay còn được miêu tả là những khối xây dựng sự sống. Năm 2003, ông Baker đã thành công trong việc sử dụng những khối này để thiết kế một loại protein hoàn toàn mới. Từ đó, nhóm nghiên cứu của ông đã tạo ra hết loại protein này đến loại protein khác, gồm những loại có thể được sử dụng trong bào chế dược phẩm, vắc xin, vật liệu nano và cảm biến siêu nhỏ. Nhà sinh học máy tính người Mỹ được xem là người dẫn đầu trong cuộc cách mạng công nghệ có tiềm năng thay đổi khoa học và y học.

Theo KVA, ông Baker là đồng sáng lập 17 công ty và từng được cấp hơn 100 bằng sáng chế. Phần mềm Rosetta mà ông phát triển là một công cụ mạnh mẽ cho việc mô hình hóa cấu trúc protein và thiết kế protein mới. Nhờ nghiên cứu của mình, ông Baker được trao giải đột phá trong khoa học sự sống trị giá 3 triệu USD vào năm 2021. Giải thưởng do một nhóm doanh nhân công nghệ, trong đó có tỉ phú Mark Zuckerberg, trao cho các nhà khoa học nổi bật trong các lĩnh vực vật lý, toán học và khoa học sự sống. Hồi tháng 5, ông Baker cũng có tên trong danh sách 100 người có sức ảnh hưởng nhất lĩnh vực y tế của tạp chí Time.

Bài toán 50 năm được giải

Trong khi ông Baker được vinh danh vì những thiết kế protein chưa từng có, hai nhà khoa học của Google DeepMind đã phát triển một mô hình AI để giải quyết vấn đề chưa có lời giải trong 50 năm qua: dự đoán cấu trúc phức tạp của các protein.

Trong protein, các a xít amin liên kết với nhau thành những chuỗi dài gấp lại để tạo thành cấu trúc 3 chiều, đóng vai trò quyết định chức năng của protein đó. Từ thập niên 1970, các nhà nghiên cứu đã cố gắng dự đoán cấu trúc của protein từ các chuỗi a xít amin nhưng việc này cực kỳ khó khăn.

Theo báo El Pais, việc tính toán tất cả hình dạng có thể có của một protein duy nhất bằng các phương pháp thông thường có thể mất hơn 13,7 tỉ năm, bằng với tuổi của vũ trụ. Trong khi đó, có hàng trăm triệu protein khác nhau trong tự nhiên. Hồi năm 2020, mô hình AI AlphaFold2 được ông Hassabis và ông Jumper trình làng đã giúp dự đoán được hình dạng của hầu hết các loại protein đã được biết đến, cụ thể là hơn 200 triệu loại. Thành tựu lịch sử này giờ có thể được thực hiện trong thời gian ngắn nhờ các hệ thống học sâu. Những thuật toán này mô phỏng cách hoạt động của nơron trong não người, và tuy chưa thể đạt khả năng như bộ não thật, chúng vẫn rất hiệu quả trong việc tìm ra những hình mẫu trong cơ sở dữ liệu khổng lồ. Nhờ những hệ thống này, việc dự đoán hình dạng của một protein giờ được hoàn thành chỉ trong vài phút thay vì phải mất nhiều năm.

Trong thông cáo hôm qua, KVA cho biết AlphaFold2 đã được sử dụng bởi hơn 2 triệu người từ 190 quốc gia. Trong vô số ứng dụng khoa học, các nhà nghiên cứu giờ có thể hiểu rõ hơn về khả năng kháng thuốc kháng sinh và tạo ra hình ảnh các loại enzyme có khả năng phân hủy nhựa.