Giáo sư David Baker ở Đại học Washington phát biểu tại trường sau khi đoạt giải Nobel Hóa học 2024. Ảnh: AFP
Trong khi nhà nghiên cứu Demis Hassabis, 48 tuổi, và John Jumpe, 39 tuổi, ở phòng thí nghiệm DeepMind của Google sử dụng kỹ thuật trí tuệ nhân tạo để dự đoán cấu trúc protein, nhà sinh hóa David Baker, 62 tuổi, Giáo sư tại Đại học Washington, Mỹ, tìm cách thiết kế loại protein hoàn toàn mới chưa từng thấy trong tự nhiên. Những đột phá này được kỳ vọng sẽ dẫn tới nhiều thành tựu tiên tiến, từ khám phá các loại thuốc mới tới enzyme phân hủy chất gây ô nhiễm, theo AFP.
Protein là gì?
Protein là phân tử đóng vai trò như "nhà máy của mọi thứ diễn ra trong cơ thể", theo Davide Calebiro, nhà nghiên cứu protein ở Đại học Birmingham, Anh. ADN cung cấp thiết kế cho mọi tế bào. Protein sau đó sử dụng thông tin này để tiến hành biến đổi tế bào thành loại chuyên biệt như tế bào não hoặc tế bào cơ bắp.
Protein bao gồm 20 loại axit amin khác nhau. Trình tự bắt đầu của những axit này quyết định cấu trúc 3D mà chúng sẽ vặn xoắn và gập lại. Chủ tịch Hiệp hội Hóa học Mỹ Mary Carroll so sánh chúng với dây điện thoại bàn cũ kỹ. "Bạn có thể kéo căng dây điện thoại và có cấu trúc thẳng. Sau đó, nó sẽ đàn hồi về hình dáng 3D", Carroll nói. Vì vậy, nếu các nhà hóa học muốn làm chủ protein, họ cần hiểu rõ cách chuỗi 2D biến thành cấu trúc 3D.
Vai trò của AI
Công trình của những học giả đoạt giải Nobel trước đây chứng minh nhà hóa học có thể xem xét chuỗi axit amin và dự đoán cấu trúc mà chúng sẽ trở thành. Nhưng điều đó không dễ dàng. Giới hóa học chật vật suốt 50 năm. Thậm chí trong cuộc thi "Protein Olympics" diễn ra nửa năm một lần, nhiều người thất bại trong việc dự đoán.
Hassabis và Jumper đã huấn luyện mô hình trí tuệ nhân tạo AlphaFold của họ về mọi chuỗi axit amin đã biết và cấu trúc tương ứng. Khi gặp một chuỗi chưa biết, AlphaFold so sánh nó với những chuỗi trước đó, dần dần dựng lại cấu trúc bằng hình ảnh 3D. Sau khi thế hệ mới hơn là AlphaFold2 chiến thắng cuộc thi Protein Olympics năm 2020, ban tổ chức kết luận vấn đề đã được giải quyết. Ngày nay, mô hình dự đoán đúng cấu trúc của gần như tất cả 200 triệu protein đã biết trên Trái Đất.
Loại protein mới
Nhà sinh hóa người Mỹ Baker bắt đầu quá trình theo hướng trái ngược. Đầu tiên, ông thiết kế cấu trúc protein hoàn toàn mới, chưa bao giờ thấy trong tự nhiên. Sau đó, sử dụng chương trình máy tính Rosetta mà ông phát triển, Baker có thể tìm ra chuỗi axit amin thích hợp. Để làm điều này, Rosetta rà soát tất cả cấu trúc protein đã biết, tìm kiếm những đoạn protein ngắn tương tự cấu trúc nó muốn xây dựng. Sau đó, Rosetta điều chỉnh chúng và đề xuất một chuỗi axit amin có thể dẫn tới cấu trúc như vậy.
Việc làm chủ cỗ máy nhỏ quan trọng và cần thiết như protein có vô số ứng dụng tiềm năng trong tương lai. Nó cho phép con người hiểu rõ hơn cách sự sống hoạt động, bao gồm lý do một số loại bệnh phát triển, cách tình trạng kháng kháng sinh xảy ra hay tại sao một số vi khuẩn có thể phân hủy nhựa. Tạo ra protein mới có thể dẫn tới nhiều loại vật liệu nano, thuốc và vaccine nhắm vào mục tiêu hoặc hóa chất thân thiện với môi trường hơn.
Khi được hỏi về loại protein yêu thích, Baker chọn loại mà ông thiết kế trong đại dịch, có thể bảo vệ cơ thể trước virus corona. "Tôi rất phấn khởi với ý tưởng về thuốc xịt chứa protein thiết kế, giúp ngăn chặn tất cả virus gây dịch bệnh", Baker chia sẻ.
An Khang (Theo AFP)
