Το σημαντικότερο επιστημονικό επίτευγμα για το 2021 ανακοίνωσε -όπως κάνει κάθε χρόνο- το κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό «Science». Μάλιστα, δεν έχει σχέση με τον κορωνοϊό, όπως αρκετοί θα υπέθεταν.
Εδώ και σχεδόν 50 χρόνια οι επιστήμονες πάσχιζαν να λύσουν ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα στη φύση: να προβλέψουν το πολύπλοκο τρισδιάστατο σχήμα στο οποίο θα διπλώσουν τα αμινοξέα, όταν σχηματίζουν μια λειτουργική πρωτεΐνη.
Το 2021, για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έδειξαν ότι ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης μπορεί, επιτέλους, να πετύχει αυτόν τον στόχο και να προβλέψει τις ακριβείς δομές των πρωτεϊνών και μάλιστα να το κάνει μαζικά για χιλιάδες πρωτεΐνες. Γι’ αυτό και το «Science» το ανέδειξε ως το σημαντικότερο επιστημονικό επίτευγμα για φέτος.
Σύμφωνα με το περιοδικό, πρόκειται για ένα κατόρθωμα σε δύο μέτωπα: από τη μία επιλύθηκε ένα επιστημονικό πρόβλημα που παρέμενε άλυτο επί πέντε δεκαετίες και, από την άλλη, οι επιστήμονες έχουν πια στα χέρια τους «μια καινοτόμα τεχνική, που, όπως η CRISPR και η cryo-EM, θα επιταχύνει σε μεγάλο βαθμό τις επιστημονικές ανακαλύψεις».
Οι πρωτεΐνες είναι οι θεμέλιοι λίθοι της ζωής και οι λειτουργίες τους, οι οποίες παίζουν κεντρικό ρόλο σχεδόν σε όλες τις βιολογικές διαδικασίες, σχετίζονται άμεσα με το ακριβές τρισδιάστατο σχήμα τους. Έως πρόσφατα ο προσδιορισμός αυτής της πρωτεϊνικής δομής ήταν μια χρονοβόρα και δαπανηρή διαδικασία, που απαιτούσε πολύπλοκες εργαστηριακές αναλύσεις.
Παρόλο που εδώ και δεκαετίες είχαν γίνει πολλές προσπάθειες να αναπτυχθούν υπολογιστικά μοντέλα για την επίλυση του προβλήματος της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών, η ακριβής πρόβλεψη της δομής τους διέφευγε των ερευνητών, έως ότου το 2021 εμφανίστηκαν δύο σημαντικές μελέτες ταυτόχρονα στα δύο σημαντικότερα επιστημονικά περιοδικά του κόσμου, στο «Nature» και στο «Science», όπου παρουσιάστηκαν αντίστοιχα δύο διαφορετικά «έξυπνα» συστήματα, τα AlphaFold και RoseTTA-fold.
Και τα δύο είναι ικανά να προβλέψουν ένα ευρύ φάσμα πολύπλοκων δομών πρωτεϊνών γρήγορα και με ακρίβεια, με βάση μόνο τα αμινοξέα αυτές που περιέχουν.
Οι ερευνητές και των δύο επιστημονικών ομάδων επέτρεψαν μάλιστα την ελεύθερη πρόσβαση στα δεδομένα τους, έτσι ώστε άλλοι επιστήμονες να αξιοποιήσουν τα νέα «έξυπνα» συστήματα.
AI algorithms can now churn out predictions for the 3D shapes of proteins with a precision matching that of painstaking laboratory techniques. The programs, and the blizzard of protein structures they have revealed, are Science’s 2021 #BOTY. https://t.co/zBZlWr0fis pic.twitter.com/snrEsDbTH0
— Science Magazine (@ScienceMagazine) December 16, 2021
Οι άλλες επιστημονικές εξελίξεις που ξεχώρισαν το 2021 και συμπληρώνουν το Top-10 του «Science» ήταν η ανάπτυξη αντιιικών χαπιών κατά της Covid-19, οι νέες μετρήσεις του υποατομικού σωματιδίου μιονίου, οι παρατηρήσεις σεισμών στον Άρη από το ρόβερ InSight της NASA, η ανάκτηση αρχαίου ανθρώπινου DNA από το έδαφος, η εφαρμογή της γενετικής τεχνικής CRISPR σε ζώντες οργανισμούς, η χρήση ψυχεδελικών ναρκωτικών για τη θεραπεία του μετατραυματικού συνδρόμου, η ανάπτυξη μονοκλωνικών αντισωμάτων για τη θεραπεία λοιμωδών νόσων, οι νέες παλαιοντολογικές ανακαλύψεις για το μακρινό παρελθόν του ανθρώπου και οι πρόοδοι στην παραγωγή ενέργειας από σύντηξη.
