nuntii

Praemium Lasker Investigationis Medicae Fundamentalis huius anni Demis Hassabis et Ioanni Jumper tributum est ob contributiones suas ad creationem systematis intelligentiae artificialis AlphaFold, quod structuram tridimensionalem proteinorum praedicit, fretus serie aminoacidorum primi ordinis.

Eorum investigationes problema solvunt quod diu communitatem scientificam vexavit et ianuam aperiunt ad investigationes per campum biomedicum accelerandas. Proteina partes maximi momenti agunt in evolutione morborum: in morbo Alzheimeriano, complicantur et coacervantur; in cancro, functio earum regulatoria perditur; in perturbationibus metabolicis innatis, dysfunctionales sunt; in fibrosi cystica, in locum cellulae falsum ingrediuntur. Hi tantum pauci sunt e multis mechanismis qui morbum causant. Modela structurae proteinorum accurata configurationes atomicas praebere, designationem vel selectionem molecularum altae affinitatis impellere, et inventionem medicamentorum accelerare possunt.

Structurae proteinorum plerumque per crystallographiam radiographicam, resonantiam magneticam nuclearem, et microscopiam cryoelectronicam determinantur. Hae methodi sunt sumptuosae et temporis edaces. Hoc efficit ut exstent bases datorum structurarum proteinorum tridimensionales cum tantum circiter 200,000 datis structuralibus, dum technologia sequentiationis DNA plus quam octo miliones sequentiarum proteinorum produxit. Decennio 1960, Anfinsen et al. invenerunt sequentiam unidimensionalem aminoacidorum sponte et repetitive in conformationem tridimensionalem functionalem complicari posse (Figura 1A), et "chaperones" moleculares hunc processum accelerare et facilitare posse. Hae observationes ad provocationem sexaginta annorum in biologia moleculari ducunt: praedicere structuram tridimensionalem proteinorum ex sequentia unidimensionali aminoacidorum. Cum successu Proiecti Genomatis Humani, facultas nostra ad sequentias aminoacidorum unidimensionales obtinendas magnopere emendata est, et haec provocatio etiam urgentior facta est.

Structuras proteinorum praedicere difficile est ob plures causas. Primo, omnes positiones tridimensionales possibiles cuiusque atomi in quolibet aminoacido multam explorationem requirunt. Secundo, proteinae complementarietatem in structura chemica sua quam maxime utuntur ad atomos efficaciter configurandos. Cum proteinae typice centenas "donatorum" vinculorum hydrogenii (plerumque oxygenium) habeant qui prope "acceptorem" vinculi hydrogenii (plerumque nitrogenium hydrogenio coniunctum) esse debent, difficillimum esse potest conformationes invenire ubi fere omnis donator prope acceptorem est. Tertio, exempla limitata sunt ad methodos experimentales instituendas, ita necesse est potentiales interactiones tridimensionales inter aminoacida intellegere innixum serierum unidimensionalium utens informatione de evolutione proteinorum pertinentium.

Physica primum adhibita est ad interactionem atomorum simulandam in investigatione conformationis optimae, et methodus excogitata est ad structuram proteinorum praedicendam. Karplus, Levitt et Warshel Praemium Nobelianum Chemiae anno 2013 tributum est propter opera sua in simulatione computatrali proteinorum. Attamen, methodi physicae fundatae computatione sumptuosae sunt et processum approximatum requirunt, ita structurae tridimensionales praecisae praedici non possunt. Alia methodus "scientiae fundata" est uti basi datorum structurarum et sequentiarum notarum ad exempla exercenda per intelligentiam artificialem et doctrinam automaticam (IA-ML). Hassabis et Jumper elementa et physicae et IA-ML adhibent, sed innovatio et saltus in effectu methodi praecipue ex IA-ML oriuntur. Duo investigatores creative magnas bases datorum publicas cum opibus computatoriis industrialis gradus coniunxerunt ad AlphaFold creandum.

Quomodo scimus eos aenigma praedictionis structuralis "solvisse"? Anno MCMXCIV, certamen Aestimationis Criticae Praedictionis Structuralis (CASP) institutum est, quod biennio convenit ad progressum praedictionis structuralis observandum. Investigatores sequentiam unidimensionalem proteini communicabunt cuius structuram nuper resolvisse, sed cuius eventus nondum publicati sunt. Praedictor structuram tridimensionalem hac sequentia unidimensionali utens praedicit, et aestimator independenter qualitatem eventuum praedictorum iudicat ea comparando cum structura tridimensionali ab experimentalista provisa (solum aestimatori provisa). CASP veras recensiones caecae peragit et saltus periodicos perfunctionis cum innovatione methodologica coniunctos notat. In XIV Conventu CASP anno MMXX, eventus praedictionis AlphaFold tantum saltum in perfunctione ostenderunt ut organizatores nuntiaverint problema praedictionis structurae tridimensionalis solutum esse: accuratio plerarumque praedictionum prope eam mensurarum experimentalium erat.

Latior autem momentum est quod opus Hassabis et Jumper persuasibiliter demonstrat quomodo AI-ML scientiam transformare possit. Investigationes eius ostendunt AI-ML posse complexas hypotheses scientificas ex multis fontibus datorum construere, mechanismos attentionis (similes iis qui in ChatGPT sunt) posse dependentias et correlationes clavis in fontibus datorum detegere, et AI-ML posse qualitatem suorum productorum per se iudicare. AI-ML essentialiter scientiam agit.