Нейросети на службе биохимии: за что присудили Нобелевскую премию в 2024 году
Нобелевская премия по химии 2024 года присуждена: Дэвиду Бейкеру «за вычислительный дизайн белков», а также — совместно Демису Хассабису и Джону Джамперу «за предсказание структуры белков».
Белки представляют собой последовательно соединенные аминокислоты. Аминокислот двадцать разновидностей и в белки могут включаться от нескольких до нескольких тысяч звеньев. Теоретически возможное разнообразие белков огромно. Более того, большинство белков уникальным образом сворачивается в пространственную структуру, которая, собственно, и делает что-то в клетке. Это можно сравнить со сборкой автомобиля, но с тем условием, что вся машина собрана из длинных бус разной формы, находящихся на одной веревке. При этом только лишь последовательность бус и определяет то, что получится — грузовик, легковушка или трактор. Образование пространственной структуры белка напоминает складывание трехмерного пазла из частей, находящихся на одной веревке.
Еще в шестидесятых годах прошлого века Сайрус Левинталь сформулировал свой знаменитый парадокс: для сворачивания белка потребовалось бы астрономическое время, если бы происходил просто перебор всех возможных вариантов взаиморасположения частей этого пазла. Тот же парадокс можно отнести и к предсказанию пространственной структуры белка. Простым перебором решить эту задачу невозможно.
Тем не менее, знать пространственную структуру белков нужно, поскольку нам нужно понимать, как работают эти, самые главные в живых системах, «роботы». Это важно для понимания того, как вообще функционируют живые существа и для того, чтобы разобраться, почему мутации, приводящие к заменам аминокислот в белках, могут вызывать болезни. Наконец, понимание структуры белка позволит, и, некоторых случаях уж позволяет, создавать новые белки, выполняющие функции, которые задает им человек. Такие белки были бы незаменимы в биотехнологии будущего.
Современный прорыв в предсказании структуры белка, безусловно связан с развитием компьютерных мощностей и еще более — с развитием алгоритмов, основанных на технологиях искусственного интеллекта. Нейросеть, обученная на множестве известных, экспериментально определенных белковых структур стала достаточно хорошо, хоть и пока не идеально, предсказывать структуры белков, в том числе — еще не исследованных экспериментальной наукой.
