Bez tej wiedzy nie ma nowych leków. Nagroda Nobla za klucze do "narzędzi życia"

Nagrodę Nobla z chemii przyznano za badanie struktur ważniejszych od DNA, jeśli chodzi o procesy życiowe - mówi portalowi polskieradio24.pl dr Maria Górna z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego.

Królewska Szwedzka Akademia Nauk przyznała Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii Davidowi Bakerowi "za obliczeniowe projektowanie białek" oraz Demisowi Hassabisowi i Johnowi M. Jumperowi "za przewidywanie struktury białek". Tworzenie nowych białek, elementów tworzących życie, z nowym funkcjami, otwiera przed nauką zupełnie nowe drzwi.

Jak uznano na stronie internetowej akademii, David Baker "dokonał niemal niemożliwego wyczynu zbudowania zupełnie nowych rodzajów białek", Demis Hassabis i John Jumper opracowali model AI, aby rozwiązać 50-letni problem: przewidywanie złożonych struktur białek. Oba te odkrycia mają ogromny potencjał.

REKLAMA

Dlaczego chcemy to wiedzieć?

Ale właściwie dlaczego tak bardzo interesuje nas coś takiego jak struktura białka?

- Białko odpowiada niemal za wszystkie procesy życiowe na poziomie komórkowym - mówi dr Maria Górna.

- Gdy poznano budowę DNA, następnym wielkim problemem do rozwiązania w poznawaniu struktur odpowiedzialnych za życie były struktury białek. One są bardziej skomplikowane i ważniejsze od DNA. DNA jest zapisem informacji o tym, jak białko powinno wyglądać. A białka przeprowadzają wszystkie procesy życiowe, są odpowiedzialne za przekazywanie sygnału, wyczuwanie, co się dzieje w środowisku. Są enzymami, które przeprowadzają reakcje; budują też niektóre struktury komórkowe. Życie na poziomie komórkowym tworzone jest przez białko - tłumaczy nasza rozmówczyni.

I dlatego badania nad poznaniem struktury białek trwają już ponad 100 lat.

REKLAMA

Każde białko ma unikalną strukturę trójwymiarową. Jak zaznacza ekspertka, choć rodzajów aminokwasów, które tworzą białka, jest około 20, to po ich połączeniu w długi łańcuch kilkuset czy tysięcy cząsteczek, trudno przewidzieć, "jak zwinie się on w trójwymiarową strukturę".

- To jeden z najbardziej fundamentalnych problemów, na jakie mogą odpowiedzieć biologia molekularna, biologia strukturalna i ogólnie nauki o życiu - zaznacza chemiczka. 

- A bez znajomości struktur białek trudno jest projektować nowe leki. Dlatego że lek to jest zwykle cząsteczka, która przestrzennie dopasowana jest do jakiejś kieszonki w białku i hamuje jego aktywność. W momencie, kiedy białko jest odpowiedzialne za jakiś stan chorobowy, na przykład nowotworzenie, albo jest to białko, które potrzebne jest do przeżycia patogenu, szukamy takich cząsteczek leków, które mogłyby unieszkodliwić to białko. W związku z tym znajomość struktury przestrzennej białek to jest coś, co jest bardzo pomocne w projektowaniu i rozwoju nowych leków - zauważa.

Oprócz tego, jak wskazała, białka jako enzymy znajdują zastosowanie w przemyśle, choćby w produkcji proszków piorących.

REKLAMA

- Mogą być też wykorzystywane jako biosensory lub same w sobie mogą być również nowymi lekami albo szczepionkami, albo na przykład przeciwciałami, które pozwalają neutralizować wirusy - dodaje chemiczka. 

Sztuczna inteligencja i wszystkie nowe metody obliczeniowe

Badaczka wskazała, że sztuczna inteligencja otworzyła możliwości, by wykorzystać zgromadzoną wiedzę o strukturach białek, a w bazach są dane o 100 tysiącach struktur.

- To kolejna w tym tygodniu nagroda, która docenia sztuczną inteligencję, uczenie maszynowe, sieci neuronowe i inne metody obliczeniowe. Są one domeną dużych firm, takich jak Google DeepMind, z którego pochodzi Jumper i jego zespół - wskazuje.

- Natomiast druga strona medalu to praca pana Davida Bakera, który już od dekad zajmował się właśnie nurtującym naukowców problemem: jak z sekwencji danego genu można przewidzieć, jak będzie wyglądało białko w trzech wymiarach - zaznacza. Baker z zespołem rozwijał metody obliczeniowe, dołączał je do modelu badawczego.

REKLAMA

Google DeepMind dysponuje potężną bazą technologiczną - jednak zespół ten tworzą przede wszystkim informatycy i programiści, a białko było tylko jedną z dziedzin, w których prowadzone są prace.

Czy nagrodzone Noblem metody rozwiązują wszystkie nasze problemy?

Struktury białek były potrzebne od lat, na przykład do tworzenia nowych leków. Zastosowanie metod obliczeniowych, jak mówi dr Górna, bardzo przyspiesza ich wyszukiwanie.

Metody nagrodzone Noblem są już wykorzystywane w laboratoriach naukowych - dodaje. Nagrody Nobla, jak zaznacza, zawsze przyznawane są za rzeczy już będące w użytku, których przydatność już zademonstrowano.

- Technologie te są ogólnie dostępne, generują bardzo dużo różnych rozwiązań, które następnie są w jakiś sposób rankingowane przez wewnętrzne kryteria - zaznacza. Wprowadza się sekwencję białka, a za jakiś czas dostarczane są jego modele.

REKLAMA

Jak dodaje chemiczka, w ogłoszeniu o nagrodzie Nobla wspomniano programy AlphaFold i AlphaFold2. Natomiast jest już zapowiedź jeszcze lepszego programu AlphaFold3, jednak nie udostępniono jeszcze jego kodu źródłowego.

Naukowcy, jak dodaje, wykorzystają te modele, tak jak wcześniej uzyskiwane modele doświadczalne. - Będą próbować tworzyć nowe leki, szczepionki. Będą próbować zrozumieć, jak działają białka odpowiedzialne na przykład za mechanizmy chorobowe u człowieka, bo wiele chorób związanych jest z nieprawidłowym funkcjonowaniem białek - zauważa.

- Trochę bardziej egzotyczne są zastosowania białek jako nanomateriałów czy biosensorów. Czasem trzeba zaprojektować białko, które np. potrafi wyczuć obecność jakiegoś związku albo przeprowadzić reakcję enzymatyczną - zauważa. Do tego także można użyć wspomnianych metod obliczeniowych.

Białka to my, ale one wciąż są dla nas  tajemnicą

- Często dopiero poznając strukturę białka, możemy zacząć jakby zgadywać, jaką rolę może pełnić to białko - dlatego, że wygląda tak, a nie inaczej, można mu przypisywać udział w jakichś procesach. Czasem rozumuje się w drugą stronę - wiemy że białko związane jest z jakimiś procesami w komórce, ale właściwie trudno nam jest zrozumieć, dlaczego zachowuje się tak, a nie inaczej. I wtedy model strukturalny pozwala nam zrozumieć, dlaczego tak się dzieje - zaznacza.

REKLAMA

Ważnym problemem są mutacje. - Spotykamy się z takimi, które powodują lekooporność. Dochodzi do zmiany aminokwasów tam, gdzie normalnie związany był lek - zaznacza.

Modele pozwalają przewidzieć, jak działa dana mutacja, czy to w przypadku koronowirusa, czy w przypadku szybko mutujących nowotworów.

Czy w Polsce prowadzimy tego rodzaju badania? "Wojna nie jest przeszkodą"

Jak zaznacza badaczka, polscy informatycy i programiści bardzo często są zatrudniani w firmach zajmujących się sztuczną inteligencją. Polscy naukowcy uczestniczą w badaniach struktur białek.

Jak podkreśliła nasza rozmówczyni, badania i rozwój w Polsce potrzebowałyby większego dofinansowania, w Polsce jest to około 1 proc. PKB. Przeciętnie w Unii Europejskiej to 2 proc., a uznano, że powinno to być 3 proc. Nie można tego tłumaczyć tym, że w pobliżu ma miejsce wojna. - Korea  i Izrael, które są wiecznym frontem wojennym, przeznaczają bardzo dużo na badania i rozwój. Wiedzą, że by zachować bezpieczeństwo w aspektach technologii i wiedzy, trzeba inwestować - dodaje.

REKLAMA

Badaczka dodaje, że szczególnie ważne jest finansowanie tzw. badań podstawowych i technologii AI. Te ostatnie mogą być przydatne do wielu celów.

Badania podstawowe to te, które nie są nastawione wprost na komercyjny użytek, a których celem jest poznanie różnych zjawisk. Jak zaznacza badaczka, choć na początku nie wiadomo, czemu mają służyć, po latach przynoszą ważne dla ludzkości efekty w postaci wiedzy i technologii, co pokazała m.in. poniedziałkowa Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. - Dlatego nie należy się skupiać tylko na wdrożeniach, ale trzeba budować infrastrukturę badawczą, by budować społeczeństwo oparte na nauce i wiedzy - mówi dr Górna.

Czytaj także: 

• Nobel z fizyki przyznany. Doceniono wkład w rozwój maszyn i sztucznej inteligencji
• Nagroda Nobla z medycyny przyznana. "Dokonali przełomowego odkrycia"

***

Z dr Marią Górną z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego rozmawiała Agnieszka Kamińska, polskieradio24.pl/wmkor

REKLAMA