David Baker, Demis Hassabis en John M. Jumper krijgen de Nobelprijs voor Scheikunde 2024. Hun werk maakte het mogelijk eiwitstructuren te voorspellen en nieuwe eiwitten te ontwerpen.
De Nobelprijs voor Scheikunde van 2024 gaat naar David Baker, Demis Hassabis en John M. Jumper voor hun werk aan eiwitten: biologische moleculen die een vitale rol spelen in alle levende organismen. Hassabis en Jumper, beiden werkzaam bij Google DeepMind, ontwikkelden een kunstmatige intelligentie die de structuur van eiwitten voorspelt. Baker, die werkt aan de Universiteit van Washington in de VS, is beloond voor zijn werk aan het ontwerpen van nieuwe eiwitten.
Kunstmatige voorspellingen
Eiwitten zijn de moleculen die aan de basis staan van het leven. Alle belangrijke onderdelen van levende organismen bestaan uit eiwitten – onze spieren, de moleculen die DNA uitlezen en kopiëren, de antilichamen die ons beschermen tegen infecties en ga zo maar door. ‘Om het leven te begrijpen, moet je eerst de vorm van eiwitten begrijpen’, zei Heiner Linke, voorzitter van het comité voor de scheikundeprijs, op de Nobelpersconferentie.
Koop je straks megagrote labdiamanten bij de Hema?
Labdiamanten zijn net zo mooi als natuurlijke diamanten en nu hun productiekosten dalen, veroveren ze de juwelenmarkt. Sebastiaan van de Water zocht u ...
Alle eiwitten bestaan uit ketens van aminozuren. Daarvan zijn er ongeveer twintig verschillende varianten. De volgorde van de aminozuren bepaalt de vorm van het eiwit. Het is echter lastig op basis van die volgorde de structuur van een eiwit te voorspellen, omdat de ketens zich op erg complexe wijze opvouwen. ‘Decennialang werd dit voor onmogelijk gehouden’, zei Linke.
Verschillende onderzoeksteams ontwikkelden computermethoden om eiwitstructuren te voorspellen, maar de nauwkeurigheid daarvan was laag. Tot Hassabis en Jumper een kunstmatige intelligentie ontwikkelden met de naam AlphaFold.
De eerste versie van AlphaFold, die stamt uit 2018, was al een verbetering ten opzichte van haar voorgangers. Maar de tweede versie, onthuld in 2020, maakte pas echt een grote sprong vooruit. Deze AI voorspelde twee derde van de eiwitstructuren met een nauwkeurigheid van meer dan 90 procent. In 2022 had AlphaFold de structuur van vrijwel alle bekende eiwitten voorspeld. De resultaten zijn vrij beschikbaar gesteld.
‘Het was een enorme doorbraak’, zei Johan Åqvist, lid van het Nobelcomité. ‘Dit is een fantastisch middel voor chemisch en biologisch onderzoek.’
Eiwitten ontwerpen
Baker heeft zijn loopbaan gewijd aan het tegenovergestelde probleem, namelijk het ontwerpen van eiwitten met gewenste structuren. De mogelijkheden van dit onderzoek zijn eindeloos: nieuwe eiwitten kunnen voor zo’n beetje alles worden gebruikt, van het behandelen van ziekten tot het maken van complexe nanomachines.
‘David Baker opende de deur naar een compleet nieuwe wereld van eiwitten die we nog nooit eerder hadden gezien’, aldus Åqvist. ‘Het is een ongelofelijke ontwikkeling.’
Baker maakte hiervoor een softwareprogramma met de naam Rosetta, dat ook gratis beschikbaar is. In 2003 toonde Bakers team voor het eerst aan dat Rosetta werkte. Ze lieten de software toen een eiwit ontwerpen dat ze vervolgens daadwerkelijk in het lab maakten. Met röntgenkristallografie, een techniek die de structuur van vaste stoffen onthult, lieten ze vervolgens zien dat het eiwit inderdaad de door Rosetta ontworpen structuur had.
Åqvist onderstreepte dat dit werk ‘de grote doorbraak’ was, al was het gemaakte eiwit klein en simpel en had het geen specifieke functie. Baker zelf beschreef het proces als meer geleidelijk. ‘Het gebeurde over een tijdspanne van vele jaren’, zei hij. ‘In de afgelopen twintig jaar hebben we geleerd om eiwitten te ontwerpen met steeds complexere en krachtigere functies.’
‘Naarmate we daar beter in werden, werden de toepassingen spannender’, zei Baker. ‘Allerlei mogelijkheden doen zich voor, omdat eiwitten in de natuur zoveel verschillende dingen doen. Ze bemiddelen bij alle processen in ons lichaam en in alle levende wezens.’
Baker sprak ook zijn waardering uit voor zijn collega’s. ‘Ik stond op de schouders van reuzen. Ik heb gedurende mijn hele carrière absoluut geweldige collega’s gehad om mee samen te werken.’
De prijs kwam voor hem als een verrassing, ondanks speculaties dat zijn werk weleens met een Nobelprijs beloond kon worden, zei Baker. ‘Het is een unieke, speciale dag.’
Eerdere prijzen
De scheikundeprijs is de derde Nobelprijs die deze week is bekendgemaakt. Dinsdag ontvingen John Hopfield en Geoffrey Hinton de Nobelprijs voor Natuurkunde voor hun bijdragen aan kunstmatige neurale netwerken. Maandag ging de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde naar Victor Ambros en Gary Ruvkun voor hun ontdekking dat kleine stukjes RNA, microRNA genaamd, een sleutelrol spelen bij het aansturen van genen.
Vorig jaar ging de Nobelprijs voor Scheikunde naar de bedenkers van quantumdots – deeltjes die zo klein zijn dat hun elektrische en optische eigenschappen onderhevig zijn aan de regels van de quantumwereld. Quantumdots worden volop gebruikt in computers, lasers en microscopie.
