Cosa sono le proteine e perché Baker, Hassabis e Jumper hanno vinto il Nobel per la Chimica 2024

David Baker dell'Università di Washington assieme a Demis Hassabis e John M. Jumper di DeepMind (Google) sono i vincitori del Nobel per la Chimica 2024. I tre scienziati sono stati insigniti della prestigiosissima onorificenza per i loro pionieristici studi sulle proteine; il primo, nello specifico, “per la progettazione computazionale delle proteine”, mentre i secondi “per la previsione della struttura proteica”. L'annuncio è stato dato a Stoccolma mercoledì 9 ottobre 2024 dall'Accademia Reale Svedese delle Scienze, che il giorno prima aveva assegnato il Nobel per la Fisica 2024 a John J. Hopfield e Geoffrey E. Hinton per le ricerche sull'apprendimento automatico basato su reti neurali artificiali. Anche i tre premiati con Nobel per la Chimica hanno sviluppato innovativi sistemi di intelligenza artificiale, un branca delle scienze informatiche tanto dirompente quanto rivoluzionario, finito al centro delle premiazioni di quest'anno. Ecco per quale ragione Baker, Hassabis e Jumper hanno ottenuto il più autorevole dei riconoscimenti scientifici nel loro campo.

Cosa sono le proteine

Come evidenziato dall'Istituto Humanitas, le proteine sono “sono macronutrienti indispensabili per il funzionamento dell’organismo, all’interno del quale svolgono sia un ruolo strutturale che un ruolo funzionale”. Si tratta, fondamentalmente, di grandi e complesse molecole coinvolte in una moltitudine di meccanismi e processi biologici, a loro volta basate su una combinazione di catene dei cosiddetti “mattoni della vita”, i 20 amminoacidi. Le proteine, in pratica, rappresentano l'impalcatura degli organismi viventi, senza le quali non avremmo cellule, tessuti e organi. “Esse controllano e guidano tutte le reazioni chimiche che insieme costituiscono la base della vita. Le proteine funzionano anche come ormoni, sostanze di segnalazione, anticorpi e mattoni di diversi tessuti”, spiega la Fondazione Nobel nel suo portale, a suffragio della nuova premiazione. Sono coinvolte nella replicazione del DNA, nelle reazioni metaboliche catalizzate dagli enzimi (che sono proteine a loro volta), nella segnalazione tra cellule e in moltissime altre funzioni.

Le proteine vengono "costruite" essenzialmente dai ribosomi all'interno delle cellule attraverso la sintesi proteica, una complessa procedura in cui le informazioni genetiche del DNA vengono copiate nell'RNA messaggero (mRNA) e quest'ultimo viene utilizzato dai ribosomi come una sorta di manuale di istruzioni per assemblare le proteine del progetto, agganciando gli amminoacidi in catene più o meno lunghe. Il vaccino anti Covid a mRNA funziona esattamente in questo modo; i ribosomi leggono il progetto (nel caso specifico la proteina S o Spike del coronavirus SARS-CoV-2) e producono la proteina, che una volta “presentata” al sistema immunitario diventa un bersaglio per gli anticorpi neutralizzanti. Una caratteristica essenziale del funzionamento delle proteine risiede nella loro struttura 3D, il ripiegamento della sequenza di amminoacidi, che le differenzia le une dalle altre. È proprio per le scoperte nel complesso ambito della struttura proteica che Baker, Hassabis e Jumper hanno conquistato il Nobel per la Chimica 2024.

Chi è David Baker e perché è stato premiato con il Nobel per la Chimica

David Baker è un biochimico e biologo computazionale statunitense nato a Seattle nel 1962. Lo scienziato è membro dell'Accademia Nazionale delle Scienze negli Stati Uniti e professore presso l'Università di Washington, dove insegna diverse materie; fra esse bioingegneria, ingegneria chimica e informatica. Durante la sua lunga carriera accademica ha fondato una dozzina di aziende biotecnologiche e il suo progetto più ambizioso è stato lo sviluppo di un algoritmo per l'intelligenza artificiale chiamato Rosetta, grazie al quale è possibile progettare e prevedere la struttura delle proteine. Il suo team è stato responsabile della creazione di Top7, la prima proteina artificiale con struttura e funzionalità inedite. Da questa pietra miliare, che ha circa 20 anni, lo scienziato e i suoi collaboratori hanno creato una moltitudine di proteine innovative, molte delle quali sono alla base di nuovi farmaci, vaccini, sensori, materiali nanotecnologici e molto altro ancora. Non c'è da stupirsi che il professor Baker sia stato incluso dal Time tra le 100 persone più influenti nel campo della salute. È stato insignito del Nobel proprio per i suoi studi nella progettazione proteica.

Chi sono Demis Hassabis e John M. Jumper e perché hanno vinto il Nobel per la Chimica 2024

Il 48enne Sir Demis Hassabis è un informatico, esperto di intelligenza artificiale, maestro di scacchi (a soli 13 anni) ed ex sviluppatore di videogiochi del Regno Unito. Ha un dottorato di ricerca in neuroscienze cognitive ottenuto allo University College di Londra e attualmente ricopre il ruolo di amministratore delegato (CEO) di DeepMind, una società sussidiaria di Google specializzata proprio nell'IA che ha contribuito a fondare nel 2010. Tra le ricerche più significative di Hassabis legate all'apprendimento automatico vi sono proprio quelle dedicate al ripiegamento proteico; l'obiettivo era prevedere la struttura di queste grandi e complesse molecole.

Con questo desiderio ha sviluppato il rivoluzionario programma di IA “AlphaFold” assieme al collega di DeepMind John Michael Jumper, fisico e matematico statunitense specializzato negli algoritmi che permettono di prevedere la struttura proteica. Grazie a questo software di IA i due scienziati sono riusciti a prevedere la struttura di 18 proteine su 43 nell'esperimento internazionale Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction (CASP). Un traguardo storico. La previsione delle strutture proteiche è stata infatti una sfida scientifica per mezzo secolo, di notevolissima importanza perché è proprio dalla struttura tridimensionale – e dunque dal ripiegamento – che è possibile comprendere come funzionano e qual è l'attività di queste biomolecole.

Nel 2020, come indicato dalla Fondazione Nobel, i due ricercatori di DeepMind hanno messo a punto il nuovo modello di IA “AlphaFold2”, grazie al quale “sono stati in grado di prevedere la struttura di praticamente tutte le 200 milioni di proteine che i ricercatori hanno identificato”. Anche le scoperte di Hassabis e Jumper hanno una moltitudine di applicazioni pratiche, in particolar modo in campo farmacologico e nella lotta all'antibiotico resistenza, considerata una delle principali minacce alla salute pubblica.