2024-10-09 20:59:00

一場比賽帶來巨大突破！製「新蛋白質」研究蛋白質結構美英3子獲化學諾獎｜諾貝爾獎2024(更新)

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諾貝爾獎2024今天公布化學獎，由美國生化科學家貝克(David Baker)、英國AI專家哈薩比斯(Demis Hassabis)和美國研究員瓊珀(John M. Jumper)獲得，前者佔一半獎項，後兩者平分其餘一半。3人的研究關於生命的基本結構單元——蛋白質，分別破天荒製造出「新蛋白質」以及用AI準確分析蛋白質的結構，擺脫了過去繁複工序。他們的獲獎經過恍如電影劇情般有趣，因參與一場科研比賽而獲獎。其中哈薩比斯及瓊珀的成果見於4年前，而哈薩比斯本來是遊戲設計師，為了研發AI而踏上諾貝爾化學獎之路。

諾貝爾化學獎｜蛋白質是由生命的基本結構單元

瑞典皇家科學院表示，向3子頒發化學獎，是要表揚他們在蛋白質計算設計(computational protein design)以及在蛋白質結構預測(protein structure prediction)上的貢獻。蛋白質是生命的基本結構單元，有些負責創造肌肉毛髮，有些會成為荷爾蒙及抗體、有些構成細胞，有些化成酶負責促進新陳代謝及消化等生化反應，角色不能盡錄，而且幾乎是無處不在。

過去科學家一直致力解開蛋白質之謎，亦已有多位研究蛋白質專家獲頒化學獎。在今次3位得獎者的成果出現之前，科學家雖可利用「 X射線晶體學」(X-ray crystallography)了解各種蛋白質的結構，但往往要花很多時間及心力。

諾貝爾化學獎｜「CASP」比賽從胺基酸序列預測蛋白質結構

蛋白質是由一連串的胺基酸組成，1994年科學界發起名為「CASP」的比賽，每年向全球精英釋出若干的胺基酸序列，讓他們預測相關的蛋白質結構，惟多年來技術未見突破，「估中」的比率不高。直至2018年，既是神經科學家、又是國際象棋高手、遊戲開發家以及AI專家的哈薩比斯，加入比賽。

諾貝爾化學獎｜遊戲大師憑AI「踩入」化學界

哈薩比斯於2010年共同創辦AI公司DeepMind，兩年後賣盤給Google，旗下AI擊敗了全球桌遊冠軍，但哈薩比斯並未滿足於此，其團隊想解決對人類而言重要的問題，於是參加CASP。結果其AI AlphaFold以60%準繩度於CASP勝出，而且把大會過往約40%準繩度的水平，一下子拉高。

但大會目標是要達到90%準繩度才叫成功。哈薩比斯團隊遇上瓶頸，此時新成員、今屆化學獎另一得獎者瓊珀加入。瓊珀本來讀數學及物理，08年加入一間利用超級電腦研究蛋白質的公司，逐漸踩入「蛋白質界」，並因為想慳自己的電腦開支，開發出相簡單及巧妙的方法來模擬蛋白質活動。

諾貝爾化學獎｜2020年取得成功準繩度媲美舊方法

2017年他收到風聲，有傳Google DeepMind涉獵預測蛋白質結構，於是便應徵。常說機會是留給有準備的人，瓊珀最終憑本身專長，成為哈薩比斯團隊的另一領袖，開發出新版AI AlphaFold2，並結合人工神經網絡transformers，於2020年在CASP取得成功，表現跟過去所用的「X射線晶體學」不遑多讓，且效率大增。

至於獲得一半化學獎的貝克，本在哈佛讀哲學及社會科學，因讀到一本有關細胞的書而轉軌道，逐步迷上蛋白質結構。他於九十年代開發能預測蛋白質結構的軟件Rosetta、98年參加CASP，表現不錯。團隊之後萌起軟件「調轉來用」的想法，與其從胺基酸序列預測蛋白質結構，不如直接製定想要的蛋白質結構，然後研究應加入怎樣的胺基酸序列。