Ngày 9 tháng 10 năm 2024, hai nhà khoa học của Google DeepMind và một nhà sinh hóa học người Mỹ đã được vinh danh với giải Nobel Hóa học nhờ những đột phá mang tính cách mạng trong việc dự đoán và thiết kế cấu trúc protein. Đây là một cột mốc đáng chú ý trong lĩnh vực sinh học tính toán, mở ra những tiềm năng to lớn trong y học, khoa học vật liệu và nhiều lĩnh vực khác.
Đột phá trong dự đoán cấu trúc protein
Demis Hassabis, nhà sáng lập của Google DeepMind, và John Jumper, người dẫn dắt quá trình phát triển AlphaFold, đã chia sẻ nửa giải thưởng Nobel nhờ những đóng góp của họ trong việc dự đoán cấu trúc protein. AlphaFold, hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) tiên tiến do DeepMind phát triển, đã cách mạng hóa cách các nhà khoa học hiểu và dự đoán cấu trúc của protein dựa trên chuỗi hóa học của chúng.
Vấn đề dự đoán cấu trúc protein, từng được xem là "bài toán không thể giải", đã là thử thách của cộng đồng khoa học trong hơn 50 năm. Protein, gồm 20 loại axit amin khác nhau, gấp lại thành các cấu trúc ba chiều phức tạp, và chính cấu trúc này quyết định chức năng sinh học của chúng trong cơ thể. AlphaFold đã giúp giải quyết vấn đề này bằng cách dự đoán chính xác cấu trúc ba chiều của protein từ chuỗi axit amin của chúng. Với bước tiến này, Hassabis và Jumper đã giải quyết một trong những thách thức lớn nhất trong sinh học hiện đại.
AlphaFold 2, phiên bản cải tiến công bố vào năm 2020, đã có khả năng dự đoán cấu trúc của gần như toàn bộ 200 triệu protein mà các nhà nghiên cứu đã xác định được. Công nghệ này đã được hơn 2 triệu nhà khoa học từ 190 quốc gia sử dụng để nghiên cứu, từ việc phân tích hiện tượng kháng kháng sinh cho đến phát triển enzyme phân hủy nhựa – một bước tiến lớn trong bảo vệ môi trường.
Thiết kế protein mới từ David Baker
Nửa còn lại của giải Nobel Hóa học được trao cho giáo sư David Baker, một nhà sinh học tính toán tại Đại học Washington, vì những nghiên cứu tiên phong của ông trong việc tạo ra các protein không tồn tại trong tự nhiên. Nhóm của Baker đã thành công trong việc thiết kế các protein mới có chức năng đặc biệt, mở ra những ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như vắc-xin, vật liệu nano, và các cảm biến vi mô.
Từ năm 2003, David Baker đã dẫn dắt các nỗ lực nghiên cứu để tạo ra các protein mới, vượt xa các giới hạn mà protein tự nhiên đặt ra. Với công nghệ tiên tiến và sự hiểu biết ngày càng sâu về sinh học, nhóm nghiên cứu của Baker đã tạo ra những loại protein hoàn toàn mới, có thể giúp giải quyết các vấn đề phức tạp của thế kỷ 21, bao gồm cả việc phát triển vắc-xin cho các đại dịch như COVID-19.
Tầm quan trọng của công nghệ AI trong sinh học
Theo Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, Heiner Linke, hai khám phá được vinh danh năm nay đều là những “bước tiến ngoạn mục” trong việc chế tạo protein và dự đoán cấu trúc của chúng. Ông cũng nhấn mạnh rằng, sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo và sinh học đã mở ra những khả năng vô hạn trong việc hiểu và kiểm soát các quá trình sinh học phức tạp.
Proteins là yếu tố quan trọng kiểm soát và điều khiển các phản ứng hóa học trong cơ thể con người. Chúng có vai trò như hormone, kháng thể và là các thành phần xây dựng nên các mô cơ bản. Cấu trúc của protein quyết định chức năng của chúng, và việc hiểu rõ cấu trúc này sẽ mang lại những tiến bộ lớn trong y học, từ phát triển thuốc đến liệu pháp điều trị mới.
Demis Hassabis, người sáng lập DeepMind, nhấn mạnh rằng AlphaFold nên được coi là minh chứng cho tiềm năng to lớn của AI trong việc thúc đẩy các phát minh khoa học và mang lại lợi ích cho xã hội. Tuy nhiên, ông cũng cảnh báo về khả năng AI có thể bị lạm dụng và cần có sự quản lý chặt chẽ để đảm bảo công nghệ này được sử dụng vì lợi ích của nhân loại.
Ứng dụng và tương lai của công nghệ dự đoán và thiết kế protein
Cả AlphaFold và các protein thiết kế của Baker đều mang lại những ứng dụng vượt trội trong y học, từ việc phát triển các loại thuốc mới, cho đến các liệu pháp điều trị các bệnh nan y. Ví dụ, AlphaFold đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về hiện tượng kháng kháng sinh, mở ra cơ hội tìm ra các loại thuốc mới chống lại các vi khuẩn “siêu kháng thuốc”. Trong khi đó, công nghệ của Baker đã mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển vắc-xin và các liệu pháp điều trị bệnh dựa trên protein.
David Baker chia sẻ rằng tham vọng của ông trong việc tạo ra các protein mới đã bắt đầu từ hơn 20 năm trước. Giờ đây, nhờ sự phát triển của công nghệ và những tiến bộ trong hiểu biết khoa học, giấc mơ đó đã trở thành hiện thực. Những protein mà nhóm của ông tạo ra không chỉ là các công cụ nghiên cứu mà còn có khả năng mang lại tác động thực sự trong đời sống, từ việc phát triển vật liệu mới cho đến các phương pháp điều trị tiên tiến trong y học.
Lời kết
Việc vinh danh Demis Hassabis, John Jumper và David Baker với giải Nobel Hóa học năm 2024 là một sự công nhận xứng đáng cho những đóng góp to lớn của họ trong lĩnh vực sinh học tính toán. Công trình của họ không chỉ mở ra những cánh cửa mới cho y học, khoa học vật liệu và các ngành khoa học liên quan, mà còn là minh chứng cho sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo và sinh học trong việc giải quyết các thách thức lớn của nhân loại.
Annette Doherty, Chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, bày tỏ sự ngưỡng mộ đối với những thành tựu của ba nhà khoa học. Bà tin rằng công trình của họ sẽ truyền cảm hứng cho các thế hệ nhà nghiên cứu tương lai, và giúp nhân loại tiến gần hơn đến việc giải quyết những vấn đề phức tạp nhất của thế kỷ 21.
Đột phá trong dự đoán và thiết kế protein chắc chắn sẽ là một trong những thành tựu khoa học vĩ đại nhất của thế kỷ này, mang lại hy vọng về những tiến bộ vượt bậc trong y học và khoa học công nghệ, góp phần cải thiện sức khỏe và phúc lợi của toàn nhân loại.
