Предсказатели белков. Кому и за что дали Нобелевскую премию по химии?

В Стокгольме объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по химии этого года. Ими стали британец Демис Хассабис и американцы Джон Джампер и Дэвид Бейкер.

Как отмечает Нобелевский комитет, премия по химии в 2024 году посвящена «белкам, гениальным химическим инструментам жизни».

Создать то, чего не было в природе

Жизнь не могла бы существовать без белков. Это важнейший инструмент природы, контролирующий и управляющий всеми химическими реакциями, которые лежат в основе жизни. Также белки выполняют функции гормонов, сигнальных веществ, антител и строительных кирпичиков для различных тканей.

Учёные давно мечтали освоить эти органические соединения. Благодаря нынешним лауреатам эта мечта приближена. «Демис Хассабис и Джон Джампер успешно использовали искусственный интеллект для предсказания структуры почти всех известных белков. Дэвид Бейкер научился овладевать строительными блоками жизни и создавать совершенно новые белки. Потенциал их открытий огромен», — уведомляет Нобелевский комитет.

Что же именно сделали учёные?

Белки, как правило, состоят из 20 аминокислот, которые могут комбинироваться бесконечным количеством способов. Это своего рода строительные блоки. Используя информацию, хранящуюся в ДНК, аминокислоты соединяются в клетках организма и образуют длинные цепочки.

Дэвид Бейкер, профессор Вашингтонского университета в Сиэтле, получил премию «за вычислительный дизайн белков». Он разработал компьютерные методы, позволяющие достигнуть того, что казалось невозможным, — создавать белки, которых ранее не было в природе. Во многих случаях и функции, которые они выполняют, являются совершенно новыми.

Первый белок, который не был похож ни на один другой, Дэвид Бейкер создал в 2003 году и с тех пор преуспел в этом деле. Его исследовательская группа выдавала новые белки один за другим, включая такие, которые можно использовать в качестве фармацевтических препаратов, вакцин, крошечных датчиков и пр.

Предсказали 200 млн белков

Открытие, сделанное двумя другими нобелевскими лауреатами, касается предсказания структур белков. В их молекулах аминокислоты связаны вместе в длинные нити, которые складываются, образуя трёхмерную структуру. Для функций, выполняемых белком, эта структура имеет решающее значение. С 1970-х годов учёные пытались предсказывать структуры белков из последовательностей аминокислот, но это было очень сложно сделать.

Четыре года назад произошёл прорыв. Демис Хассабис и Джон Джампер представили научному сообществу модель на основе искусственного интеллекта, которая смогла предсказать структуру практически 200 миллионов белков, распознанных исследователями. С того момента её использовали уже более 2 миллионов человек по всему миру. Теперь учёные могут проектировать свои собственные белки и предсказывать их структуры из заданных последовательностей аминокислот.

Это имеет важнейшие прикладное применение. Вот лишь два примера. Благодаря методу предсказания белковых структур наука сможет лучше понять устойчивость бактерий к антибиотикам. Этот же метод поможет найти эффективные ферменты, способные быстро разлагать пластик. И устойчивость бактерий, и пластиковое загрязнение — важнейшие проблемы современного мира.

«Одно из открытий, признанных в этом году, касается построения впечатляющих белков. Другое касается исполнения 50-летней мечты: предсказания структур белков по их аминокислотным последовательностям. Оба эти открытия открывают огромные возможности», — заявил председатель Нобелевского комитета по химии Хайнер Линке.