Nobel Kimya Ödülü’nü yaşamın şifresini çözen üç bilim insanı aldı!

Nobel totomuzda üçte bir yapmayı başardık! Hafta sonu yayınladığımız beş maddelik listede proteinlerin kodunu yapay zekayla kırmayı başaran bilim insanlarına da yer vermiştik. İşte orada bahsettiğimiz ve Google DeepMind’da çalışan bilim insanları Demis Hassabis ve John Jumper’a ek olarak Washington Üniversitesi profesörü David Baker’ı bu yılki Nobel Kimya Ödülü’ne layık gördü.

Komite Baker’ın neredeyse imkansız olmasına rağmen yepyeni proteinlerin kapısını araladığı, Hassabis ve Jumper’ın da 50 yıldır çözülemeyen bir sorun olarak kalmış proteinlerin karmaşık yapısını çözümleyen yapay zeka modelini geliştirdiği için ödüllendirdiğini söyledi. Komiteye göre bu üçlünün öncü çalışmalarının potansiyeli “muazzam.” Hiç haksız değiller. Bir zamanlar proteinlerle ilgili çalışmalar yıllar sürerken şimdi sadece birkaç dakika içinde istenen hesaplamaları yapmak mümkün oluyor.

Jumper ve Hassabis’in 2021 yılında yayınladığı makalelerine 13 binden fazla kez atıf yapıldı. Bunun neden önemli olduğunu şu bilgiden anlayabilirsiniz: Şimdiye kadar yayınlanmış 61 milyon bilimsel makaleden sadece 500 kadarına 10 binün üstünde atıf yapılmış. Buna ek olarak  iki bilim insanı geçen yıl Lasker ödülüne layık görülmüştü. Bir de tabii Breakthrough ödülüne.

Nobel Kimya Ödülü açıklanırken Baker uyuyormuş. Gazetecilere “Telefonu açtım, ödülün duyurusunu dinledim. Ama sonra eşim çığlık atmaya başlayınca pek de iyi duyamadım” dedi.

Bu arada Nobel’in bilim dallarında verdiği üç ödülden ikisinin yapay zekaya gittiğini not düşelim.

Yaşamın başlangıcı: Protein

Yaşayan, nefes alan, düşünen canlılar olarak kalmamızı sağlayan şey hücrelerimizdeki proteinler. Bunu hücrelerin birbiriyle iletişim kurmasını sağlayarak kimyasal reaksiyonların katalizörü olarak yapıyorlar. Ama tüm bu işlevleri yerine getirmeleri üç boyutlu yapılarına bağlı. Proteinler aminoasitlerin birbirine zincirlenip katlanmasıyla oluşuyor ve aminoasitlerin dizilimindeki en ufak bir yanlış bile işlevlerini yerine getirememelerine neden olabiliyor.

2020’li yıllara kadar bu üç boyutlu yapıları anlamak için proteini saflaştırmak gerekiyordu, bu da zaman ve çok emek harcamak anlamına geliyordu. Proteinin yapısını anlamak demek üretilecek ilaçların hangi noktalara odaklanması gerektiğini çıkarmak demek. Google’ın yapay zeka üzerine çalışmalar yapan DeepMind’ının 2021’de Alpha Fold’u piyasaya sürmesiyle süreç hızlandı. AlphaFold bu dünyada olması mümkün bütün ama bütün protein katlanma biçimlerini, ki bunların bazıları doğada hiç olmayabilir, tahmin etti ve katalogladı. Nobel Komitesi AlphaFold sayesinde şimdiye kadar keşfedilen 200 milyon proteinin neredeyse tamamının yapısını belirleyebildiğimizi söylüyor.

Bu katalog yaşamı anlamak ve daha önemlisi hastalıkları çözmek için çok büyük bir kaynaktı. Örneğin California Üniversitesi’ndeki araştırmacılar koronavirüsü anlamak ve benzer pandemilere hazırlanmak için bu teknolojiyi kullanırken bazıları sıtma ve Parkinson hastalığına çare bulmak için kolları sıvadı.

İlk yazılım mükemmel değildi, şimdi yenisiyle yaşamın cevaplarına çok daha yakınız

Bu arada yapay zekanın ilk sürümünün yazılımı mükemmel değildi; büyük proteinlerin yapısını çözemiyor, her protein için kesin sonuçlar veremiyordu. Yine de tahminlerinin çoğunun doğru olduğu ortaya çıkmıştı. Tabii proteinlerin çoğunun işleyebilmesi için başka proteinlerle, DNA’yla, kimyasallarla, hücre zarlarıyla falan etkileşime girmesi gerekiyor. AlphaFold’un ilk sürümü protein-protein etkileşimlerinin üstesinden gelmeyi başarsa da geri kalan etkileşimlerde adeta kara kutu oldu.

Şimdi DeepMind, AlphaFold’un temel çalışma prensibi üzerinde birtakım iyileştirmelerin yapıldığı üçüncü sürümü duyurdu. Bu değişiklikler sayesinde artık proteinlerin DNA ve RNA gibi yapılarla etkileşimini de tahmin etmek mümkün olacak. Üstelik yeni sürümün mevcut teknolojinin çok ötesinde doğruluğa sahip olduğu belirtiliyor.

Bu yeni sürüm sayesinde aslında sadece insan geni değil bütün canlıların genlerinin fonksiyonlarını bulmak çok daha kolay olacak. Çünkü DNA ve RNA’mız temelde vücudun hangi fonksiyonu için hangi protein gerekiyorsa onu ortaya çıkaran yapılar. Bu yapılarda arıza olduğunda genetik hastalıklar ortaya çıkıyor. Doğrudan bir tek genle ilişkilendirilen çok sayıda hastalık var, çoğunu da biliyoruz. Ama bir de çok sayıda genin bir arada rol oynamasıyla ortaya çıkan daha karmaşık sorunlar var, onları bulmakta zorluk çekiyoruz. Şimdi AlphaFold sayesinde belki de bu cevaplara da çok daha fazla yaklaştık.

Yeni protein yapılarının kapılarını araladı

Peki ya ödüle layık görülen üçüncü bilim insanı Baker? O ne yapmıştı? Baker ve ekibi de Jumper ve Hassabis gibi proteinlerin yapısal olarak nasıl katlandığını ve çalıştığını anlamak için bilgisayar tabanlı yöntemleri kullandı. Bu yöntemlerle proteinlerin üç boyutlu yapılarını önceden tahmin ederek yeni proteinler yaratmaya çalıştı.

Çalışmaları sayesinde Rosetta adlı bir yazılım geliştirdi. Rosetta bir proteinin aminoasit dizisine bakarak onun nasıl katlanacağını ve hangi yapısal özelliklere sahip olacağını tahmin ediyor. Bu sayede ilaç geliştirme, biyoyakıt üretme ve hatta çevre kirliliğinin giderilmesi gibi alanlarda kullanılabilecek proteinlerin üretilmesi sağlanabiliyor.

Baker’ın laboratuvarı ayrıca doğada bulunmayan ama belli işlevleri yerine getirebilecek yeni proteinler tasarlayabiliyor. Örneğin bakterileri yok edebilen proteinler, bağışıklığı tetikleyen proteinler ve hatta kimyasal reaksiyonları hızlandıran yapay enzimler tasarladılar.

Geçen yıl ödülü kim aldı?

Bilim insanları Moungi Bawendi, Louis Brus ve Aleksey Ekimov bilgisayar monitörlerini ve televizyon ekranlarını aydınlatan ve doktorlar tarafından tümörlerin haritasını çıkarmak amacıyla kullanılan kuantum noktaları teknolojisini geliştirdikleri için 2023 Nobel Kimya Ödülü’ne layık görülmüştü.

10’ca bilim arasından: Yapay zeka ile yaşamın şifresini çözmek

Evinizdeki pahalı televizyon Nobel Kimya Ödülü’nü aldı