Der Nobelpreis für Chemie 2024 wurde an ein Trio von Wissenschaftlern verliehen, die künstliche Intelligenz nutzten, um „den Code“ fast aller bekannten Proteine, den „chemischen Werkzeugen des Lebens“, zu knacken.
Das Nobelkomitee gratulierte David Baker, einem amerikanischen Biochemiker, für die „fast unmögliche Leistung, völlig neue Arten von Proteinen zu konstruieren“, und Demis Hassabis und John Jumper, die bei Google DeepMind in London arbeiten, für die Entwicklung eines KI-Modells zur Vorhersage von Proteinen . Komplexe Strukturen – ein seit 50 Jahren ungelöstes Problem.
„Das Potenzial ihrer Ergebnisse ist enorm“, sagte das Komitee bei der Bekanntgabe des Preises am Mittwoch in Schweden. Der Preis, der als Höhepunkt wissenschaftlicher Leistung gilt, ist mit 11 Millionen schwedischen Kronen (1 Million US-Dollar) dotiert.
Proteine, eine Kette aus Aminosäuremolekülen, sind die Bausteine des Lebens. Sie helfen bei der Bildung von Haar-, Haut- und Gewebezellen; sie lesen, kopieren und reparieren DNA; und sie helfen, Sauerstoff im Blut zu transportieren.
Während Proteine nur aus etwa 20 Aminosäuren bestehen, können diese auf nahezu unbegrenzte Weise kombiniert werden und sich im dreidimensionalen Raum zu sehr komplexen Mustern falten.
Eine „Google-Suche“ nach Proteinstrukturen
Das Komitee sagte, der Preis vom Mittwoch bestehe aus zwei „Hälften“. Der erste Preis ging an Hassabis, einen britischen Informatiker, der Googles KI-Forschungslabor DeepMind mitbegründet hat, und Jumper, einen amerikanischen Forscher, der ebenfalls bei DeepMind arbeitet.
Hassabis und Jumper wurden dafür geehrt, dass sie mithilfe von KI die dreidimensionale Struktur eines Proteins anhand einer Aminosäuresequenz vorhersagten und damit die Struktur fast aller 200 Millionen bekannten Proteine vorhersagen konnten.
„Das ist wirklich ein großer Durchbruch, der einen traditionellen heiligen Gral in der physikalischen Chemie löst“, sagte Anna Wedell, Professorin für medizinische Genetik am Karolinska Institutet in Schweden und Mitglied der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften, gegenüber CNN.
Ihr KI-Programm – die AlphaFold Protein Structure-Datenbank – wurde von mindestens 2 Millionen Forschern weltweit genutzt. Es fungiert als „Google-Suche“ für Proteinstrukturen und bietet sofortigen Zugriff auf vorhergesagte Proteinmodelle, wodurch der Fortschritt in der Grundlagenbiologie und anderen verwandten Bereichen beschleunigt wird. Das Duo hat bereits die Lasker- und Breakthrough-Awards 2023 gewonnen.
„Sie haben alles öffentlich gemacht, sodass fast jeder Bereich nun auf diese Datenbank zurückgreifen und diese Tools zur Lösung seines speziellen Problems nutzen kann. Es hat also Fortschritte in so vielen verschiedenen Bereichen ermöglicht“, sagte Wedell, der das Tool in seiner eigenen Arbeit zu seltenen Krankheiten einsetzt.
Seit der Veröffentlichung des Schlüsselartikels des Paares im Jahr 2021 wurde er mehr als 16.000 Mal zitiert. David Pendlebury, Leiter der Forschungsanalyse am Clarivate Institute for Scientific Information, nannte dies „beispiellos und spiegelt die bahnbrechende Wirkung dieser Arbeit wider“. Von insgesamt 61 Millionen wissenschaftlichen Artikeln seien nur etwa 500 mehr als 10.000 Mal zitiert worden, sagte er gegenüber CNN.
Bevor sie sich Proteinen zuwandten, arbeitete das Duo an einem Computerprogramm, das es mit den weltbesten Spielern des alten chinesischen Brettspiels Go aufnehmen konnte.
Hassabis, ein Wunderkind im Schach, programmierte im Alter von 17 Jahren auch das klassische Videospiel „Theme Park“, so die Royal Society, die älteste wissenschaftliche Gesellschaft der Welt, der er angehört.
„Die heutige Auszeichnung, so kurz nachdem das Potenzial von AlphaFold erstmals enthüllt wurde, ist eine klare Anerkennung der transformativen Rolle der KI in der Wissenschaft“, sagte Adrian Smith, Präsident der Royal Society.
„Demis ist nicht nur einer der wegweisendsten Forscher auf diesem Gebiet, sondern vertritt auch die Vision von KI als Katalysator, der in der Lage ist, die großen Herausforderungen der Wissenschaft zu bewältigen und Vorteile für die gesamte Gesellschaft zu schaffen“, fügte er in einer Erklärung hinzu.
Herstellung von Proteinen, die „in der Natur nicht vorkommen“
Die zweite „Hälfte“ des Preises ging an Baker, einen Professor an der University of Washington, der mithilfe rechnerischer Methoden Proteine erzeugte, die es vorher nicht gab und die völlig neue Funktionen haben.
Johan Aqvist, Mitglied des Nobelkomitees, sagte, Baker habe sein Computerprogramm zunächst verwendet, um „Proteinstrukturen in neuen Dimensionen zu zeichnen“ und dann „zu bestimmen, welche Aminosäuresequenz diese Struktur ergeben würde“. Dies ermöglichte es Baker, diese neuen Proteine zu erschaffen, „von denen die meisten noch nie zuvor gesehen wurden und in der Natur nicht existierten“.
Er sagte, die Vielfalt der von Baker geschaffenen Proteine sei „absolut umwerfend“.
„Es sieht so aus, als ob man mit dieser Technologie mittlerweile fast jede Art von Protein herstellen kann“, sagte Aqvist.
Das Komitee sagte, die Fähigkeit, neue Proteine aufzubauen, biete ein breites Spektrum potenzieller Einsatzmöglichkeiten, von der Entwicklung neuer Arzneimittel bis hin zur schnelleren Entwicklung neuer Impfstoffe.
Die Verleihung des Chemiepreises am Mittwoch untermauerte den enormen Einfluss der KI in der Wissenschaft.
Den Nobelpreis für Physik, der am Dienstag verliehen wurde, teilten sich Geoffrey Hinton, der den Spitznamen „Godfather of AI“ trägt, und John Hopfield für ihre Arbeit an künstlichen neuronalen Netzen – dieselbe Technologie, die dazu beigetragen hat, die Arbeit neuer Gewinner in der Chemie zu unterstützen.
„Die Auswahl der Physik- und Chemiepreisträger durch die Nobelstiftung in diesem Jahr kann nur als mutig bezeichnet werden“, sagte Pendlebury. „Die Anerkennung der transformativen Rolle der KI in der Forschung in zwei aufeinanderfolgenden Kategorien ist beispiellos. »
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