2024 Nobel Kimya Ödülü: Proteinler

Bu yılın Nobel Kimya Ödülü odağında proteinler var. Ödülün yarısı David Baker’a, yeni protein tasarlamaktaki başarısı ve bu başarının olası etkileri için, diğer yarısı ise Demis Hassabis ve John M. Jumper’a, yapay zekâ teknolojisi kullanarak şimdiye kadar keşfedilmiş 200 milyon proteinin yapısını öngören çalışmaları için verildi. Nobel Kimya Komitesi Başkanı Heiner Linke: “Bu sene tanınan başarılardan biri, muhteşem proteinlerin üretimine ilişkin. Diğeri ise yaklaşık 50 yıllık bir hayalin gerçekleşmesine dair; amino asit sekanslarına göre protein yapılarını tahmin edebilmek. Bu keşiflerin ikisi de muazzam olasılıkların kapısını aralıyor.”

Proteinler, her canlının bedeninde bulunan oldukça karmaşık bileşikler. Yüksek besin değerinin yanı sıra, yaşamın mümkün olmasını sağlayan kimyasal süreçlerle doğrudan ilişkililer. 1838 yılında İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius tarafından ortaya atılan protein terimi, Yunanca proteios, yani “birinci sırada” anlamına geliyor.

Protein molekülleri, şeker veya tuz gibi maddelerin moleküllerine kıyasla çok büyük ve karmaşık. Birçok amino asidin bir araya gelmesiyle oluşan uzun zincirler de denebilir, ki bunu ipe dizilmiş boncuklara benzetebiliriz. Benzer işlevlere sahip proteinler, benzer amino asitlerden oluşuyor ve sekansları da birbirine benziyor. Bilinen tüm doğal proteinler ise, 20 kadar farklı amino asidin farklı kombinasyonlarından oluşuyor. Nobel Kimya Ödülü’ne layık görülen David Baker, 2003 yılında bu amino asitleri kullanarak daha önce hiç görülmemiş yeni bir protein üretti ve aradan geçen yaklaşık yirmi yıl içinde ekibiyle birlikte ardı ardına yenilerini üretmeye devam etti. Bu yeni proteinler ile yeni ilaçlar ve aşılar yapılabiliyor, nano malzemelerde kullanılabiliyor ve çok küçük algılayıcılar dahi üretilebiliyor. Baker, “Yeni proteinler tasarlamaktaki temel amacım sorunlara çözüm üretmek; küresel ısınma ve yeni hastalıklar gibi” diyor. “Yeterince beklersek belki bu proteinler kendi kendine ortaya çıkabilirdi. Bizim yaptığımız şey, yeni sorunlara çare olabilecek yeni proteinleri nasıl üretebileceğimizi keşfetmek oldu.”

Her bir proteinin amino asit içeriği ve sıralaması birbirinden farklı. Birbirine eklenen bu aminoasit zincirlerini boncuk kolyelere benzetsek de, aslında katlanarak üç boyutlu yapılar oluşturuyorlar, bu da proteinin işlevini belirliyor. Araştırmacılar, 1970’lerden bu yana bu amino asit sekanslarına bakarak bir proteinin yapısını, dolayısıyla işlevini tahmin etmeye çalışıyor. Fakat bu imkânsıza yakın bir girişim.

Demis Hassabis ve John Jumper, 2020 yılında AlphaFold2 adında bir YZ modelini tanıttığı zaman protein dünyasında yer yerinden oynadı. Bu yapay zekâ modeli sayesinde bilim insanlarının şimdiye kadar keşfettiği 200 milyon proteinin neredeyse tamamı deşifre edildi. Yani bu YZ, bilinen tüm proteinlerin yapısını amino asit sekanslarına bakarak ortaya çıkardı. AlphaFold2, geçtiğimiz dört yıl içinde 190’dan fazla ülkede iki milyondan fazla bilim insanı tarafından kullanıldı ve kullanılmaya devam ediyor. Bu keşfin bilimsel uygulamaları karşısında ise neredeyse sınır yok. Antibiyotik direnciyle mücadeleden, plastik atıkları çözebilen enzimlere kadar gerçek hayata dair birçok uygulamada yer bulacağına kesin gözüyle bakılıyor. (YZ’nin sağlık hizmetlerinde ne gibi yenilikçi yaklaşımlar getirdiğini ise, AlphaFold dahil, “Sağlık Hizmetlerinde Yapay Zekâ ile Dönüşüm” yazımızda okuyabilirsiniz.)

Bu yıl hem kimya hem de fizik ödülünün verildiği çalışmaların arkasında yapay zekâ teknolojisi bulunması ise, bu yeni teknolojinin ve getirdiği yenilikler ile olasılıkların altını çizen bir tercih gibi görünüyor.