Từ câu hỏi về hình dạng protein đến giải Nobel Hóa học

Dòng Chảy AI · Hành Trình AI · 5–11/10/2024

Một nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu cách một protein hoạt động. Trước khi thử can thiệp vào nó, họ thường cần biết phân tử ấy có hình dạng ra sao. Nhưng tìm được hình dạng của một protein có thể là công việc khó khăn và tốn nhiều thời gian.

Ngày 9/10/2024, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố giải Nobel Hóa học cho ba nhà khoa học nghiên cứu protein. Một nửa giải thuộc về David Baker vì thiết kế protein bằng tính toán; nửa còn lại được trao chung cho Demis Hassabis và John Jumper vì dự đoán cấu trúc protein. VnExpress đưa tin về quyết định cùng ngày. 1 2

Hai công việc liên quan nhưng khác nhau: dự đoán hình dạng của protein đã biết và thiết kế một protein mới. Cả hai đều mở ra các cách đặt câu hỏi mới trong nghiên cứu sự sống.

Dự đoán hình dạng từ chuỗi thành phần

Protein được tạo từ các đơn vị gọi là axit amin, nối với nhau thành chuỗi. Chuỗi ấy gấp thành cấu trúc ba chiều, và cấu trúc giúp các nhà khoa học tìm hiểu protein có thể làm gì. Theo thông cáo Nobel, dự đoán cấu trúc từ chuỗi axit amin là một thách thức lâu năm; nhóm của Hassabis và Jumper phát triển hệ thống AI AlphaFold2 để giải quyết bài toán này. 2

Bài báo nghiên cứu của nhóm công bố năm 2021 mô tả kết quả AlphaFold trong một kỳ đánh giá dự đoán cấu trúc protein. Nhóm báo cáo rằng trong phần lớn trường hợp được đánh giá, độ chính xác cạnh tranh với các cấu trúc thực nghiệm. Đó là kết quả trong bộ đánh giá cụ thể, không có nghĩa mọi dự đoán của hệ thống đều chính xác. 3

Hãy phân biệt một bản dự đoán với một phép đo. Mô hình tạo ra cấu trúc có thể giúp nhà khoa học hình thành giả thuyết và chọn việc cần nghiên cứu tiếp. Nhưng một nghiên cứu độc lập đăng năm 2023 cho thấy có những dự đoán AlphaFold không phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, kể cả trong một số trường hợp mô hình đánh giá độ tin cậy cao. Vì thế, kết quả cần được đánh giá theo từng bài toán và đối chiếu khi cần. 4

Thiết kế một protein mới

Trong khi đó, David Baker được ghi nhận vì công trình thiết kế protein bằng tính toán. Thay vì chỉ hỏi protein đã tồn tại trông như thế nào, hướng này đặt câu hỏi: liệu có thể tạo ra một cấu trúc mới đáp ứng mục đích nghiên cứu hay không? Viện Hàn lâm xem hai hướng dự đoán và thiết kế là những đóng góp riêng trong cùng câu chuyện về protein. 2

Các nhà nghiên cứu được tạp chí Science phỏng vấn nói đến tiềm năng trong y học và các enzyme có thể hữu ích cho môi trường. Tiềm năng ấy không có nghĩa một dự đoán cấu trúc tự biến thành thuốc mới hay giải pháp xử lý rác đã được triển khai rộng rãi. Từ ý tưởng đến ứng dụng còn có quá trình thử nghiệm, đánh giá và phát triển. 5

Một điểm nối với Việt Nam

Trước giải Nobel, Hassabis và Jumper đã nhận giải đặc biệt VinFuture 2022 cho công trình về AlphaFold2, theo Quỹ VinFuture. Đây là sự ghi nhận diễn ra trước kỳ nhìn lại, tạo một điểm nối giữa câu chuyện khoa học toàn cầu và một giải thưởng có trụ sở tại Việt Nam. Nó không có nghĩa nghiên cứu AlphaFold được thực hiện tại Việt Nam. 6

Giải thưởng tháng 10 cho thấy AI có thể trở thành một công cụ mạnh trong khoa học khi kết hợp với dữ liệu và chuyên môn của con người. Sức mạnh đó không xóa đi nhu cầu kiểm tra: một cấu trúc dự đoán hữu ích nhất khi nhà nghiên cứu hiểu điều nó cho thấy, điều nó chưa cho thấy và bước thử nghiệm cần tiếp theo.

Tài liệu tham khảo

1. VnExpress — Nobel Hóa học 2024 vinh danh nghiên cứu về protein, 9/10/2024.
2. Nobel Prize — Thông cáo giải Nobel Hóa học 2024, 9/10/2024: nguồn chính thức về các đóng góp được vinh danh.
3. Jumper và cộng sự — Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold, 2021: nghiên cứu gốc trước kỳ nhìn lại.
4. Nature Methods — AlphaFold predictions are valuable hypotheses, 2023: đánh giá độc lập trước kỳ nhìn lại về giới hạn dự đoán.
5. Science — Protein designer and structure solvers win chemistry Nobel, 9/10/2024: tường thuật và ý kiến nhà nghiên cứu.
6. Quỹ VinFuture — Công bố những nhà khoa học nhận giải năm 2022: nguồn chính thức về giải VinFuture trước kỳ nhìn lại.