人工智能(AI)在2024年诺贝尔奖中成了热词:先是10月8日两位人工智能先驱被授予2024年诺贝尔物理学奖,10月9日又有两位人工智能领域的专家被授予2024年诺贝尔化学奖。有人惊呼,AI工程师们正跨界“攻城略地”,进入科研领域。这才刚刚开始。与其说,2024年诺贝尔化学奖颁给了AI工程师或人工智能,不如说是颁给了蛋白质的三维结构。这是DNA遗传密码之外的另一种生命密码。
棋牌游戏高手进入蛋白质结构预测的“奥林匹克”竞赛
丹米斯·哈萨比斯1976年出生于英国伦敦,2009年在英国伦敦大学学院取得博士学位,现任谷歌DeepMind首席执行官。丹米斯·哈萨比斯年少时展现出非凡的国际象棋天赋,之后成为成功的游戏开发者和AI专家。他4岁开始下棋,13岁时达到大师水平。在他十几岁的时候,他开始了作为程序员和成功的游戏开发者的职业生涯。他开始探索人工智能,并涉足神经科学,为人工智能开发了更好的神经网络。
2010年,他共同创立了DeepMind,专注于开发精湛的AI模型,并在2014年将公司出售给谷歌。2016年,DeepMind通过开发的AI击败了围棋世界冠军,震惊全球。然而,哈萨比斯不希望局限于棋盘游戏,他希望AI技术能解决对人类更重要的问题。2018年,他带领团队开始研究蛋白质结构预测。在AlphaFold项目遇到瓶颈时,约翰·乔普的加入成为关键的助推器。
约翰·乔普1985年出生于美国阿肯色州小石城,2017年美国芝加哥大学博士毕业,现任谷歌DeepMind高级研究科学家。乔普拥有物理学和蛋白质动力学的背景,凭借对AI的独特见解,为项目注入了新的活力。他与哈萨比斯携手,彻底改进了AlphaFold的AI模型。
此前,约翰·乔普对宇宙的迷恋使他开始研究物理和数学。2008年,他意识到物理学知识可以帮助解决医疗问题。2011年,乔普开始攻读理论物理学博士学位,并对蛋白质产生了新的兴趣。2017年,他刚刚完成博士学位,就听到传言称谷歌DeepMind已经秘密开始预测蛋白质结构。他给他们寄去了一份工作申请。他在蛋白质模拟方面的经验意味着他对如何改进AlphaFold有创造性的想法。然后,他们预测了迄今为止研究人员在绘制地球生物图谱时发现的几乎所有的蛋白质——2亿种蛋白质的结构。
药物、疫苗和传感器:设计一种从未存在过的蛋白
另一位诺贝尔化学奖得主、美国华盛顿大学教授戴维·贝克也是“玩”蛋白质的。他在软件的帮助下,设计了自然界不存在的、全新的、特殊结构的蛋白质。
戴维·贝克1962年出生于美国华盛顿州西雅图,他师从兰迪·谢克曼(2013年诺贝尔生理学或医学奖得主),1989年从美国加州大学伯克利分校毕业,获得生物化学博士学位,现任美国华盛顿大学生物化学教授、华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所所长。
蛋白质通常由20种不同的氨基酸组成,可以说是生命的基石。天然蛋白质的范围是有限的。为了增加获得具有全新功能的蛋白质的可能性,贝克的研究小组想从零开始创造它们。
上世纪90年代末,戴维·贝克开始开发能够预测蛋白质结构的计算机软件:罗塞塔。贝克所说,“如果你想造一架飞机,你不能从改造一只鸟开始;相反,你了解空气动力学的基本原理,并根据这些原理制造飞行器。”研究小组绘制了一种具有全新结构的蛋白质,然后让罗塞塔计算:哪一种氨基酸序列可以产生所需的蛋白质。为了做到这一点,罗塞塔搜索了所有已知蛋白质结构的数据库,并寻找与所需结构相似的蛋白质短片段,然后对这些片段进行了优化,并给出一个结果——一段氨基酸序列。
诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克表示:“今年获得认可的发现之一与神奇蛋白质的构造有关。另一项发现则与实现50年前的梦想有关:根据氨基酸序列预测蛋白质结构。这两项发现都开辟了广阔的可能性。”
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