Nobel de Química per al disseny computacional de les proteïnes i per com predir-ne l'estructura

La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha atorgat aquest dimecres el Premi Nobel de Química 2024 a tres investigadors que han dedicat la carrera a investigar l'estructura de les proteïnes.

Són David Baker, que s'enduu la meitat del premi pel "disseny de proteïnes computacionals", i l'altra meitat es reparteix entre Demis Hassabis i John Jumper, de Google DeepMind, per "la predicció de l'estructura de les proteïnes".

A Baker li donen la meitat del premi per haver estat el primer, el 2003, que va aconseguir crear una proteïna sintètica nova que no s'assemblava a cap proteïna existent:

"Des d'aleshores, el seu grup de recerca ha produït una creació de proteïnes imaginativa rere l'altra, incloses proteïnes que es poden utilitzar com a productes farmacèutics, vacunes, nanomaterials i petits sensors."

A Hassabis i Jumper li donen l'altra meitat perquè el 2020 van crear AlphaFold2, el model d'intel·ligència artificial capaç de predir amb moltíssima precisió la forma adopten les proteïnes:

"Amb la seva ajuda, han estat capaços de predir l'estructura de pràcticament tots els 200 milions de proteïnes que els investigadors han identificat. Des del seu avenç, AlphaFold2 ha estat utilitzat per més de dos milions d'investigadors de 190 països."

Conèixer l'estructura de les proteïnes és crucial per saber els efectes que produiran en el cos, i gràcies a això ara es pot entendre molt millor, per exemple, la resistència als antibiòtics.

AlphaFold ja té tercera versió

La segona versió d'AlphaFold la van posar en marxa Google i el Laboratori Europeu de Biologia Molecular el juliol del 2021, i ràpidament es va convertir en la base de dades més completa i precisa sobre proteïnes.

Llavors ja va ser considerat un avanç equiparable al desxiframent del genoma humà, i el Comitè Nobel de Química ha trigat només tres anys a premiar-lo, amb una rapidesa poc freqüent.

La tercera versió d'AlphaFold, ampliada amb l'ADN, l'ARN i moltes altres molècules més petites, es va fer pública fa mig any, i els seus responsables estaven convençuts que "transformaria la comprensió del món biològic."

El "concurs" científic que els ha dut al Nobel de Química

Els tres guanyadors d'aquest any han sortit d'una "competició" científica molt peculiar: l'anomenada CASP, les inicials en anglès d'"avaluació crítica de les tècniques per a la predicció estructural proteica".

L'origen va ser buscar solucions a un dels principals problemes de la biologia molecular: saber com es pleguen les proteïnes per saber quina forma adopten i, per tant, quines funcions fan.

Per això els equips científics que s'hi dedicaven des de feia dècades van decidir trobar-se un cop cada 2 anys per posar a prova les metodologies que feien servir cadascun i veure quina era la millor.

La primera trobada CASP va ser el 1994, i David Baker es va presentar a la tercera, celebrada el 1998, amb un programa informàtic anomenat Rosetta, i hi va fer un molt bon paper.

Invertir el procés: de la forma a la seqüència

L'èxit li va donar la idea: si introduint-hi la seqüència d'aminoàcids d'una proteïna podia deduir-ne la forma, podria també introduir-hi una forma desitjada i deduir-ne la seqüència de la proteïna.

Després d'anys de feina, el 2003 van aconseguir definir una proteïna que no existia en la natura partint d'una forma determinada, i van crear el gen que hauria de generar la seva seqüència d'aminoàcids.

Van introduir aquest gen en bacteris perquè produïssin la proteïna dissenyada, i després, mitjançant cristal·lografia de raig X, van comprovar que la forma que adoptava era la desitjada.

Des de llavors amb aquesta metodologia s'ha aconseguit crear moltes proteïnes inexistents, cadascuna amb l'objectiu de complir funcions determinades gràcies a tenir una forma concreta.

Rebentar el CASP i oferir-ho gratuïtament

Els altres guanyadors del Nobel de Química d'aquest any,  Demis Hassabis i John Jumper, van arribar al CASP en la seva tretzena edició, l'any 2018, amb la primera versió d'AlphaFold.

Llavors ja van aconseguir derrotar tots els altres equips, però dos anys després, en l'edició 14, van portar-hi la segona versió, i llavors l'èxit va ser espectacular, per sobre del 90% de precisió.

L'any següent, el 2021, van posar-la en obert a disposició de tota la comunitat científica mundial de manera gratuïta, i els fruits d'això és el que el Comitè Nobel de Química ha premiat ara.