2024盧保化學獎：他們用人工智能「破譯了蛋白質的密碼」
香港時間10月9日下午，瑞典皇家科學院宣佈，將2024年盧保化學獎授予三位科學家，其中一半授予美國科學家大衛·貝克（David Baker），以表彰其在「計算蛋白質設計」方面的貢獻；另一半授予就職於英國人工智能公司GoogleDeepMind的兩位科學家德米斯·哈薩比斯（Demis Hassabis）和約翰·江珀（John M. Jumper），以表彰其「對蛋白質結構預測的貢獻」。瑞典皇家科學院稱，這三位科學家「破譯了蛋白質驚人結構的密碼」，而這將對人類帶來極大益處。
當地時間2024年10月9日，瑞典皇家科學院宣佈，將2024年盧保化學獎授予大衛·貝克（David Baker）、德米斯·哈薩比斯（Demis Hassabis）和約翰·江珀（John M.Jumper）。圖/IC photo
揭示了蛋白質的密碼
「他們通過計算和人工智能揭示了蛋白質的秘密。」10月9日，瑞典皇家科學院在一份公報中指出，2024年盧保化學獎是關於蛋白質的，它是生命中巧妙的化學工具。
榮獲今年盧保化學獎的三位科學家中，貝克成功地完成了一項幾乎不可能完成的壯舉，即構建出全新的蛋白質種類；德米斯·哈薩比斯和約翰·江珀開發的人工智能（AI）模型則解決了一個困擾科學家們50多年的難題：預測蛋白質的複雜結構。盧保化學獎委員會主席海納·連基表示，「這兩項發現都開闢了巨大的可能性。」
對於今年盧保化學獎花落蛋白質研究，北京化工大學材料科學與工程學院教授丁雪佳表示並不意外。他在接受新京報記者採訪時表示，近些年來，盧保化學獎關於蛋白質的研究很多，這次頒給蛋白質的結構預測算是意料之內。
「基因和蛋白質作為生命活動的傳遞者和功能執行者，揭示生物體奧秘本身就是人類永恒的主題。」丁雪佳表示，「蛋白質結構預測使人類能夠預測蛋白質結構並設計我們自己的蛋白質，這給人類帶來了最大的益處。這也充分說明了二十一世紀是生命科學的世紀。」
蛋白質是構成人體一切細胞和組織的重要成分，可以說沒有蛋白質就沒有生命。蛋白質通常由20種不同的氨基酸組成，它們可以有無數種不同的組合方式。2003年，貝克成功設計出一種與其他蛋白質不同的全新蛋白質。此後，他的研究小組又創造出了一個又一個極富想像力的新蛋白質，包括可用作藥物、疫苗、納米材料和微型傳感器的蛋白質。
盧保化學獎委員會表示，新蛋白質具有廣泛的潛在應用，包括製造新的藥物、更快速地開發疫苗等。
關於蛋白質結構預測的突破則「年輕」許多。在蛋白質中，氨基酸以長鏈連接在一起，摺疊起來形成三維結構，這對蛋白質的功能至關重要。自上世紀70年代以來，科學家們就一直試圖根據氨基酸序列來預測蛋白質結構，但一直未能取得突破。
直到2020年，哈薩比斯和江珀開發了一個名為AlphaFold2的人工智能模型。這是一項基於深度學習和神經網絡技術的算法，它可以從蛋白質的氨基酸序列預測蛋白質的三維結構。借助它，他們能夠預測已知的幾乎所有2億種蛋白質結構。
盧保化學獎委員會稱，AlphaFold2是一項「徹底的變革」。自這項模型推出以來，已有來自190個國家超過200萬人使用這一工具。正是有了這些工具，研究人員現在可以更好地瞭解抗生素耐藥性並創建可以分解塑料的酶的圖像。
據盧保化學獎委員會，三人將共享1100萬瑞典克朗（約合745萬元人民幣）獎金。其中，貝克獨得一半，哈薩比斯和江珀共享另一半。
人工智能帶來的突破
今年的盧保化學獎並不出人意外。多年來，貝克、哈薩比斯和江珀都備受關注，他們也獲得了許多化學和生物學領域的頂級獎項。今年9月，三人還獲得了有著「諾獎風向標」之稱的引文桂冠獎。
貝克1962年出生於美國西雅圖，1989年在美國加利福尼亞大學伯克利分校獲得博士學位，目前是美國華盛頓大學醫學院生物化學教授、蛋白質設計研究所所長。他領導的貝克實驗室開發了蛋白質設計軟件，並用它來創建分子，以解決醫學、技術和可持續性方面的挑戰。
貝克是美國國家科學院院士，職業生涯獲得了眾多獎項，包括2021年生命科學突破獎。2024年，他被《時代》雜誌評為全球100位最具影響力的健康領域人物之一。值得關注的是，在新冠疫情大流行期間，貝克曾設計出一種新的蛋白質，它可以抵禦冠狀病毒。他的團隊還研發了一種鼻噴霧抗病毒藥物。
另外兩位科學家目前都就職於英國GoogleDeepMind公司。其中，哈薩比斯1976年出生於英國倫敦，2009年在倫敦大學學院獲得博士學位，目前是GoogleDeepMind首席執行官兼聯合創始人。江珀1985年出生於美國小石城，2017年在芝加哥大學獲得博士學位，目前是DeepMind高級研究科學家。
瞭解蛋白質的結構對於瞭解如何靶向蛋白質並改變其行為至關重要，而這對於醫學具有重要意義。DeepMind公司在2018年推出了人工智能模型AlphaFold1，2020年推出了AlphaFold2，今年5月推出了AlphaFold3，目前已經可以預測蛋白質與DNA、RNA、各種配體和離子形成的復合物的結構。
事實上，貝克也曾使用電腦軟件來預測蛋白質結構。上世紀90年代，他的團隊就設計了一個名為Rosetta的軟件，推動了計算生物學的長足發展與進步。
在瑞典皇家科學院舉行的新聞發佈會上，貝克也表示，人工智能對於未來科學發展至關重要。他說，哈薩比斯和江珀在蛋白質結構預測上的突破，更加凸顯了人工智能可能帶來的影響，使用這些工具進行蛋白質設計提高了工作的準確性。目前，貝克團隊的一項核心研究是使用機器學習算法設計功能性蛋白質。
人工智能在科學領域的巨大影響力正在逐漸凸顯。一天前，瑞典皇家科學院公佈了盧保物理學獎，被稱為「人工智能教父」的傑佛瑞·欣頓和約翰·霍普菲爾德因為在使用人工神經網絡進行機器學習的基礎性發現和發明獲獎。有分析指出，這項技術為今年化學獎得主的工作提供了支持。
在丁雪佳看來，如果這些研究被時間證實，那它們將給出一個破解生物終極奧秘的工具，一個人類充當上帝的工具，「所有關於生命的秘密都將一一向人類呈現。甚至於，人類面臨的疾病、衰老等問題都可能被一一破解。」
195人曾獲盧保化學獎
化學是阿爾費特·盧保本人最重要的工作之一，化學獎也是他在遺囑中提到的第二個獎項。自1901年至今，盧保化學獎共頒發了116次，獲獎者共197位。由於英國生物化學家費特瑞克·桑格（1958年、1980年）和美國化學家巴利·夏普賴斯（2001年、2022年）兩次獲得盧保化學獎，因此實際獲獎人數為195人。
最年輕的盧保化學獎得主是讓·費特瑞克·約里奧-居里，1935年他獲獎時年僅35歲。最年長的盧保化學獎得主是約翰·古迪納夫，2019年他獲獎時已97歲。截至目前，共有8位女性獲得盧保化學獎。
除費特瑞克·桑格和巴利·夏普賴斯兩次獲得盧保化學獎外，還有2位盧保化學獎得主獲得過其他盧保獎項，包括瑪麗·居里——她1903年獲盧保物理獎、1911年獲盧保化學獎；萊諾斯·鮑林——他1954年獲盧保化學獎、1961年獲盧保和平獎。萊諾斯·鮑林也是唯一一位兩次都是單人獲獎的獲獎者。
過去幾年，盧保化學獎主要聚焦在生物化學、材料化學等方面。2023年盧保化學獎頒給了美國麻省理工學院教授蒙吉·巴文迪、哥倫比亞大學教授路斯·布魯斯和美國納米晶體科技公司科學家阿列克謝·伊基莫夫三人，以表彰他們在「發現和合成量子點」方面的貢獻。
2022年盧保化學獎授予美國科學家卡羅琳·巴爾托齊、丹麥科學家摩頓·梅爾達爾和美國科學家巴利·夏普賴斯，以表彰他們在「點擊化學和生物正交化學的發展」方面的貢獻。2021年盧保化學獎授予德國科學家本亞明·李斯特和美國科學家大衛·麥美倫，以表彰他們「在不對稱有機催化發展」方面的貢獻。
新京報記者 謝蓮
編輯 胡傑 校對 薛京寧
