诺贝尔化学奖揭晓！国际象棋AI大师破解了蛋白质的密码

作者丨陈列平 凤凰网《CC情报局》特约撰稿员

编辑丨白金娜 黎人恺

三位科学家用人工智能“破解了”几乎所有已知蛋白质的“密码”，获得诺贝尔奖

2024年诺贝尔化学奖了授予华盛顿大学的戴维·贝克教授（David Baker）、谷歌 DeepMind 的德米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）和约翰·江珀（John Jumper），他们因“蛋白质结构预测”，破解了蛋白质结构的密码，从而获得诺奖。

诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克说：“蛋白质里这20种氨基酸所蕴含的潜力，无论怎样强调都不为过。”

2024 年诺贝尔化学奖旨在表彰对氨基酸的全新理解和掌握。奖金的一半授予德米斯·哈萨比斯和约翰·江珀，他们利用人工智能成功解决了化学家们50多年来一直饱受困扰的一个问题：如何根据氨基酸序列预测蛋白质的三维结构。

他们的研究成果让化学家们能够预测几乎所有2亿种已知蛋白质的结构。

他们发明的人工智能程序——AlphaFold 蛋白质结构数据库——已被全球至少 200 万研究人员使用。它充当蛋白质结构的“谷歌搜索”，提供对蛋白质预测模型的即时访问，加速基础生物学和其他相关领域的进步。两人已经获得了2023年拉斯克奖 。

自2021年两人在自然杂志发表《使用 AlphaFold 进行高精度蛋白质结构预测》的文章以来，该论文已被引用超过13,000次。科睿唯安科学信息研究所研究分析主管戴维·彭德尔伯里 (David Pendlebury) 将此描述为“非凡的数字”。据了解，在全部6100万篇科学论文中，只有约500篇被引用超过10,000次。

奖金的另一半授予 戴维·贝克 。他于2003年开发了计算机方法，来实现许多人认为不可能实现的事情：利用20种不同的氨基酸组成的“生命构造块”设计出一种以前不存在的新蛋白质。

这些蛋白质具有全新的功能。此后，他的研究小组生产出了用于药物、疫苗等的蛋白质，为制造用于药物、疫苗和其他工具的新型蛋白质打开了大门，对蛋白质的更好理解推动了医学的巨大突破。

大卫·贝克，1962年出生于美国华盛顿州西雅图。1989年获美国加州大学伯克利分校博士学位，现为美国华盛顿大学西雅图分校教授。

德米斯·哈萨比斯，1976年出生于英国伦敦。2009年获得英国伦敦大学学院博士学位，英国伦敦 Google DeepMind 首席执行官。

约翰·江珀，1985年出生于美国阿肯色州小石城。2017年获得美国伊利诺伊州芝加哥大学博士学位。英国伦敦 Google DeepMind 高级研究科学家。

这三位获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合745万元人民币）奖金。

科学家如何通过计算和人工智能揭示蛋白质的秘密？

生命体中如此丰富的化学反应是如何产生的？

答案是蛋白质的存在，蛋白质可以说是一种出色的化学工具。它们通常由20种氨基酸组成，可以以无数种方式组合。利用DNA中存储的信息作为蓝图，氨基酸在我们的细胞中连接在一起形成长链。

然后，蛋白质的神奇之处就出现了：氨基酸链扭曲并折叠成独特的（有时是独一无二的）三维结构。正是这种结构赋予蛋白质功能。

一些蛋白质成为可以制造肌肉、角或羽毛的“化学构件”，而另一些则可能成为激素或抗体。它们中的许多部分形成酶，以惊人的精度驱动生命的化学反应。位于细胞表面的蛋白质也很重要，它们充当细胞与周围环境之间的通讯渠道。

2003年，戴维·贝克已经学会了如何掌握生命的组成部分，并创造全新的蛋白质。他们的发现潜力巨大。此后，他的研究小组不断创造出一个又一个富有想象力的蛋白质，包括可用作药物、疫苗、纳米材料和微型传感器的蛋白质。

第二个发现涉及蛋白质结构的预测。在蛋白质中，氨基酸以长链连接在一起，折叠起来形成三维结构，这对蛋白质的功能至关重要。自1970年代以来，研究人员一直试图根据氨基酸序列预测蛋白质结构，但这非常困难。

然而，四年前，出现了一个惊人的突破。

2020年，德米斯·哈萨比斯和约翰·江珀提出了一个名为AlphaFold2的AI模型。借助该模型，他们能够预测研究人员发现的几乎所有2亿种蛋白质的结构。自他们取得突破以来，来自190个国家的200多万人使用了AlphaFold2。在众多科学应用中，研究人员现在可以更好地了解抗生素耐药性并创建可以分解塑料的酶的图像。

没有蛋白质，生命就无法存在。这三位科学家的贡献，就是现在可以预测蛋白质结构，并设计自己的蛋白质，这给人类带来了巨大的利益。

棋盘游戏大师转行蛋白质研究

另据了解，哈萨比斯和江珀在转向蛋白质研究之前，两人曾研究过一个棋类游戏，该程序能够与围棋的世界顶级选手较量。

哈萨比斯从四岁开始下棋，13岁时就已达到了大师水平。十几岁时，他开始了程序员和游戏开发者的职业生涯。他开始探索人工智能，并涉足神经科学，在那里他取得了几项革命性的发现。他利用自己对大脑的了解，为人工智能开发了更好的神经网络。

2010 年，他与朋友合伙创立了DeepMind公司，这家公司为流行的棋盘游戏开发了精湛的人工智能模型。该公司于2014年被出售给谷歌，两年后，DeepMind引起了全球关注，当时该公司的人工智能机器人AlphaGo实现了许多人认为是人工智能的顶峰：击败了世界上最古老的棋盘游戏之一，围棋的冠军选手，李世石。

然而，对于哈萨比斯来说，围棋并不是目标，而是开发更好的人工智能模型的手段。在这次胜利之后，他的团队准备解决对人类更重要的问题，因此在 2018 年他报名参加了第十三届CASP比赛。CASP是自1994年以来每两年进行一次的全球范围内的蛋白质结构预测竞赛，目的是更好预测和破解蛋白质三维结构。

6年后，他与江珀获得诺贝尔化学奖。拿到了蛋白质研究的冠军。