Protein araştırmacılarına Nobel Kimya Ödülü | tagesschau.de

Biyolojinin en büyük gizemlerinden biri olarak kabul ediliyordu: Proteinler nasıl birbirine katlanabilir? Bu yılın Nobel Kimya Ödülü sahipleri bu sorunu çözdüler ve böylece proteinlerin anlaşılmasında devrim yarattılar.

Proteinler yaşamın temelidir. Kemikleri, deriyi ve saçları oluştururlar. Antikorlar da protein olduğundan hastalıklara karşı da koruma sağlarlar.

Proteinlerin nasıl katlandığını anlamak uzun zamandır biyolojinin Kutsal Kâsesi olarak görülüyor. Bu yılın Nobel Ödülü sahipleri John Jumper ve Demis Hassabis bu gizemi çözdüler. Üçüncü Nobel Ödülü sahibi David Baker, örneğin ilaç üretimi veya çevredeki plastiği parçalamak için hedefli bir şekilde protein üretmeyi başardı.

Protein yapı kodu kırıldı

Proteinler amino asit zincirlerinden oluşur. İşlevleri açısından önemli olan, amino asitlerin ortaya çıkma sırası değil, bu zincirlerin üç boyutlu uzayda nasıl bir araya geldiğidir.

Bununla birlikte, çoğu zaman yalnızca amino asitlerin dizisi bilinmektedir, ancak üç boyutlu yapı bilinmemektedir. Bu olmadan proteinin işlevi gizli kalır. Teorik olarak herhangi bir proteinin katlanabilmesinin milyonlarca yolu vardır. Kural olarak doğada bunlardan yalnızca biri meydana gelir.

Yeni Nobel Ödülü kazananlar John Jumper ve Demis Hassabis, proteinlerin yapısını ve dolayısıyla işlevini amino asit dizisinden tahmin edebilen bir bilgisayar tahmin modeli geliştirmeyi başardılar.

Yapay zeka bu atılımı mümkün kıldı

İki araştırmacı bunu yapay zekanın yardımıyla başardı. Yapay zeka modeli AlphaFold2, çok sayıda protein yapısı üzerinde eğitildi. Bu, yapay zekanın, arkalarındaki karmaşık fiziksel güçleri anlamak zorunda kalmadan, amino asitlerin üç boyutlu olarak kendilerini nasıl düzenleyeceğini öğrenmesine olanak sağladı. Araştırmacılar artık bilinen 200 milyon proteinin neredeyse tamamının yapısını tahmin edebildiler.

Nobel Ödülü sahibi Hassabis, “Her zaman yapay zekayı doğru şekilde geliştirebilirsek, bunun bilim adamlarının etrafımızdaki evreni keşfetmesine yardımcı olacak en iyi araç olabileceğini düşündüm. Ve umarım AlphaFold bunun ilk örneğidir” dedi.

Proteinleri talimatlara göre yapın

Üçüncü Nobel Ödülü sahibi David Baker, proteinlerin 3 boyutlu yapılarına diğer taraftan yaklaştı: Proteinlerin belirli bir işlevi yerine getirebilmesi için nasıl görünmesi gerektiğini ve bunun için hangi amino asit zincirine ihtiyaç duyacağını düşündü.

2003 yılında kendisi ve Washington Üniversitesi’ndeki ekibi, tamamen yeni proteinlerin planını oluşturabilecek bir bilgisayar programı geliştirmeyi başardı.

“Örneğin, daha önce hiç kimsenin görmediği bir yapıyı, tamamen yeni bir proteini çizebilir ve sonra bu proteini oluşturan diziyi bulmaya çalışabilirsiniz. Sonra laboratuvara gidip bu diziyi oluşturabilirsiniz ve böylece Nobel Kimya Ödülü Komitesi üyesi Johan Åqvist, “doğada daha önce görülmemiş tamamen yeni proteinler yaratıyoruz” diye açıklıyor.

Yeni proteinler – tıpta ve çevre korumada kullanım

Baker ve ekibi, proteinleri örneğin bir pandemik virüse karşı koruma sağlayacak şekilde özel olarak bir araya getirmek için programlarını kullanabilirler. Baker korona salgını sırasında zaten bunun üzerinde çalışıyordu.

Ancak proteinler, fentanil gibi belirli maddelere tepki verecek şekilde özel olarak da üretilebilir. Bu, en küçük ilaç izlerinin tespit edilmesine olanak sağlayacaktır. Bu prensip, kirleticileri tespit edecek şekilde genişletilebilir: Baker’ın araştırma ekibinden yapılan bir açıklamada, “Metodumuz genel olarak çevredeki toksik hidrofobik bileşiklerin tespitinde faydalı olmalıdır” deniyor. Plastiği parçalayan proteinler de geliştirilebilir. Bu konuda zaten araştırmalar da var.

David Baker – Protein tasarımcısı olmanın yolu

David Baker, 6 Ekim 1962’de Seattle’da doğdu. Amerikalı, Washington Üniversitesi’nde biyokimya profesörüdür. Rosetta algoritması ile istenen bir protein için gerekli amino asit dizilerini, yani proteini oluşturmak için gereken “içerikleri” geliştirmek mümkün.

Baker ayrıca Foldit projesinin kurulmasına da yardımcı oldu. Bu, topluluğun mümkün olan en iyi protein yapısını elde etmeye çalıştığı çevrimiçi bir yarışmadır. Herkes programları indirebilir ve evindeki oturma odasında temel olarak protein tasarlayabilir.

Demis Hassabis ve John Jumper – yapay zeka araştırmalarının öncüleri

Demis Hassabis, 27 Temmuz 1976’da Londra’da Kıbrıslı bir baba ve Singapurlu bir annenin çocuğu olarak dünyaya geldi. Bilgisayar bilimcisi kariyerine bilgisayar oyunları sektöründe başladı. Orada Syndicate ve Theme Park gibi oyunlar için yapay zeka üzerinde çalıştı.

Hassabis, 2014 yılında Google tarafından satın alınan lider yapay zeka araştırma şirketi DeepMind’ın kurucu ortağı ve CEO’sudur. 2024 yılında yapay zekaya yaptığı hizmetlerden dolayı da şövalyelik unvanı aldı.

John M. Jumper, 1 Ocak 1985’te Little Rock, Arkansas’ta doğdu. Amerikalı kimyager ve yapay zeka uzmanıdır. Hassabis gibi o da DeepMind Technologies’de araştırma yürütüyor ve AlphaFold’un geliştirilmesinde önemli rol oynuyor. Jumper, AlphaFold’un geliştirilmesi nedeniyle halihazırda BBVA Vakfı Frontiers of Knowledge Ödülü’nü ve Yaşam Bilimlerinde Çığır Açan Ödülü’nü aldı.

DeepMind ayrıca masa oyunu Go üzerinde eğitilen AI AlphaGo’yu da geliştirdi. Oyunun satrançtan çok daha karmaşık olduğu düşünülüyor ve dünya satranç şampiyonu Gary Kasparov’un IBM’in DeepBlue bilgisayarı tarafından mağlup edilmesinden sonra bile uzmanlar bir bilgisayarın en iyi Go oyuncularını yenebileceğinden şüphe ediyordu. 2016 yılında AlphaGo, o zamanın en güçlü Go oyuncusu olan Güney Koreli Lee Sedol’e karşı beş maçın dördünü kazandı ve daha sonra kariyerine son verdi.