Nobel Hóa học 2024 trao cho nghiên cứu cấu trúc protein
Giải Nobel Hóa học 2024 sẽ được Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển tại Stockholm công bố lúc 16h45 ngày 9/10 (giờ Hà Nội), trong đó có 6 ứng viên tiềm năng.
Gần hai tuần trước khi giải Nobel Hóa học 2024 được công bố, công ty phân tích Clarivate công bố danh sách Citation Laureates hàng năm, bao gồm các nhà nghiên cứu có ấn phẩm nằm trong top 0,01% được trích dẫn nhiều nhất (từ 2.000 lần trở lên). Danh sách bao gồm 22 nhà khoa học và kinh tế học xuất chúng ở 6 quốc gia với công trình xứng đáng đoạt giải Nobel, theo phân tích của Viện Thông tin Khoa học (ISI). Trong số đó, 6 cá nhân được lựa chọn là ứng cử viên cho giải Nobel Hóa học, theo Chemistry World.
Nhà vật lý Roberto Car đến từ Đại học Princeton, Mỹ và Michele Parrinello ở Viện Công nghệ Italy, được ghi nhận bởi nghiên cứu về động lực phân tử Car-Parrinello, kỹ thuật vi tính mang tính cách mạng cho phép mô phỏng hiệu quả hơn động lực phân tử. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn phản ứng hóa học và hành vi của vật liệu ở cấp độ nguyên tử.
Trước khi cặp đôi công bố nghiên cứu trên tạp chí Physical Review Letters năm 1985, tính toán cấu trúc điện tử và động lực phân tử của nguyên tử là những khái niệm riêng biệt, dẫn tới hạn chế ứng dụng đối với mô phỏng thực tế vật chất ngưng tụ ở nhiệt độ hữu hạn trong trường hợp đặc biệt. Kỹ thuật Car-Parrinello kết hợp nguyên lý từ cơ học lượng tử lý giải cách electron di chuyển với động lực phân tử cổ điển mô phỏng chuyển động nguyên tử, qua đó giúp nghiên cứu hệ thống vật liệu ở phạm vi rộng hơn. Khác với phát hiện phân tử hoặc hiện tượng mới, thành công của kỹ thuật vi tính thường khó đo đếm vào ban đầu. Tuy nhiên, sau gần 40 năm, phương pháp Car-Parrinello đã trở thành đột phá trong khoa học vật liệu vi tính với ứng dụng trải rộng từ vật lý chất rắn tới hóa học và sinh học.
Tiếp theo trong danh sách là John Jumper, nhà khoa học nghiên cứu cao cấp ở Google DeepMind; Demis Hassabis, giám đốc điều hành Google DeepMind, và nhà sinh hóa học David Baker đến từ Đại học Washington. Họ được ghi nhận cho những đóng góp trong dự đoán cấu trúc protein dẫn tới sự ra đời của các công cụ AI như RoseTTAFold và AlphaFold, có thể tạo ra mô hình 3D cực chính xác của protein. Ra mắt vào tháng 5/2024, phiên bản thế hệ thứ ba của AlphaFold là một bước tiến lớn, cung cấp hiểu biết về mặt cấu trúc với tương tác phân tử sinh học và dự đoán tới 80% tổ hợp protein – ligand bên trong một lỗi thí nghiệm (khác biệt giữa giá trị đo được và giá trị thực). Jumper và Hassabis từng đoạt giải Breakthrough về Khoa học đời sống năm 2023 dành cho nghiên cứu dự đoán cấu trúc protein.
Giải Nobel Hóa học 2024 vinh danh 3 nhà khoa học giúp giải mã cấu trúc của protein, công cụ hóa học tài tình của sự sống.
Ngày 9-10, Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã trao giải Nobel Hóa học cho 3 nhà nghiên cứu Demis Hassabis, John M. Jumper và David Baker.
“David Baker đã thành công với kỳ tích gần như bất khả thi là tạo ra các loại protein hoàn toàn mới. Demis Hassabis và John Jumper đã phát triển một mô hình AI (trí tuệ nhân tạo) để giải quyết một vấn đề đã tồn tại 50 năm: dự đoán cấu trúc phức tạp của protein. Những khám phá này có tiềm năng to lớn”, cơ quan trao giải nhấn mạnh.
Protein là công cụ hóa học đóng vai trò quan trọng. Chúng kiểm soát và thúc đẩy tất cả các phản ứng hóa học tạo nên nền tảng của sự sống. Protein cũng hoạt động như hormone, chất truyền tín hiệu, kháng thể và tạo nên các mô khác nhau.
Protein thường bao gồm 20 loại axit amin khác nhau, được ví như các khối gạch tạo nên sự sống. Năm 2003, ông Baker đã thành công trong việc sử dụng những khối này để tạo ra một loại protein mới không giống bất kỳ loại protein nào khác. Từ đó, nhóm nghiên cứu của ông đã có thêm nhiều sáng tạo, bao gồm các protein có thể được sử dụng làm dược phẩm, vắc xin, vật liệu nano và cảm biến nhỏ.
Khám phá thứ hai liên quan đến việc dự đoán cấu trúc protein. Trong protein, các axit amin được liên kết với nhau thành những chuỗi dài gấp lại để tạo thành cấu trúc ba chiều. Điều này sẽ mang tính quyết định đối với chức năng của protein. Từ những năm 1970, các nhà nghiên cứu đã cố gắng dự đoán cấu trúc protein từ trình tự các axit amin, nhưng điều này cực kỳ khó khăn.
Năm 2020, ông Hassabis và ông Jumper đã giới thiệu một mô hình AI có tên là AlphaFold2 giúp đoán cấu trúc của hầu như tất cả 200 triệu protein mà các nhà nghiên cứu đã xác định được. Nhờ mô hình này, các nhà nghiên cứu hiện có thể hiểu rõ hơn về việc kháng kháng sinh và khả năng tạo các enzyme có thể phân hủy nhựa, bên cạnh các ứng dụng khác.
“Sự sống không thể tồn tại nếu không có protein. Việc chúng ta hiện có thể dự đoán cấu trúc protein và thiết kế protein của riêng mình mang lại lợi ích tối đa cho con người”, cơ quan trao giải viết.
Ông David Baker sinh năm 1962 tại Mỹ, hiện là giáo sư của Đại học Washington, bang Washington. Ông John M. Jumper sinh năm 1985 tại Mỹ, hiện là nhà nghiên cứu tại Google DeepMind ở London (Anh). Còn ông Demis Hassabis sinh năm 1976 tại London, là tổng giám đốc điều hành của Google DeepMind ở London.
Học giả cuối cùng là Kazunari Domen ở Đại học Tokyo, Nhật Bản, được lựa chọn nhờ công trình nòng cốt về chất xúc tác kích hoạt bằng ánh sáng, khai thác ánh sáng Mặt Trời để thúc đẩy phản ứng tách nước, bước chủ chốt trong sản xuất nhiên liệu hydro sạch. Trong khi nhiều chất xúc tác quang học có thể hấp thụ ánh sáng và kích hoạt phản ứng tách nước, chúng thường thoái hóa nhanh chóng, tạo ra phụ phẩm không mong muốn hoặc không khai thác đủ ánh sáng Mặt Trời. Trong bài báo công bố trên tạp chí Nature năm 2020, phòng thí nghiệm của Domen chuẩn bị chất xúc tác quang học cho phép biến đổi ánh sáng thành hydro gần như hoàn hảo, qua đó mở đường cho sản xuất hydro bền vững và khả thi về mặt kinh tế.
Từ năm 2002, các chuyên gia của ISI đã xác định đúng 75 học giả trích dẫn trước khi họ đoạt giải Nobel. Những ví dụ đáng chú ý bao gồm học giả Jennifer Doudna và Emmanuelle Charpentier (năm 2020) và John Goodenough (năm 2019), cả ba đều nằm trong danh sách học giả trích dẫn năm 2015.
Trong cộng đồng khoa học, một bình chọn trên trang Chemistry Views nhận được hơn 600 phản hồi. Bình chọn dự đoán người đoạt giải năm nay sẽ là một nhà sinh hóa học người Mỹ. Đứng đầu với 159 phiếu bầu là Chi-Huey Wong, nhà sinh hóa học ở Viện nghiên cứu Scripps, San Diego, nổi tiếng với nghiên cứu tiên phong về glycobiology. Đóng góp của Wong đối với tổng hợp và nghiên cứu carbohydrate giúp ông nhận được giải Arthur C Cope của Hiệp hội Hóa học Mỹ, giải Wolf về Hóa học và giải Robert Robinson của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Những nhà nghiên cứu khác được đánh giá cao bao gồm Shankar Balasubramanian đến từ Đại học Cambridge với nghiên cứu về giải trình tự thế hệ tiếp theo và hóa học axit nucleic và Omar Yaghi đến từ Đại học California, Berkeley, cho nghiên cứu về vật liệu khung kim loại hữu cơ (MOF). Balasubramanian từng đoạt giải Breakthrough và Khoa học đời sống năm 2022 và Yaghi nhận giải Tang về Phát triển bền vững vào tháng 6/2024.
Năm ngoái, giải Nobel Hóa học được trao cho ba nhà khoa học Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus và Alexei I. Ekimov với nghiên cứu nghiên cứu chấm lượng tử, những bộ phận nhỏ nhất của công nghệ nano, ứng dụng truyền ánh sáng từ TV và đèn LED, chiếu sáng mô ung thư cho bác sĩ phẫu thuật.
Nobel là giải thưởng quốc tế do Quỹ Nobel tại Stockholm lập ra từ năm 1901 dựa trên tài sản của Alfred Nobel, nhà phát minh kiêm doanh nhân Thụy Điển.
Giải thưởng được trao thường niên cho những cá nhân và tổ chức có cống hiến nổi bật trong các lĩnh vực Y sinh, Hóa học, Vật lý, Văn học, Hòa bình. Năm 1968, Ngân hàng Trung ương Thụy Điển lập ra Giải thưởng của Ngân hàng Thụy Điển cho Khoa học kinh tế để tưởng nhớ Nobel, còn gọi là giải Nobel Kinh tế.
Mỗi giải thưởng gồm huy chương, bằng chứng nhận cá nhân và một khoản tiền thưởng. Từ năm 1901 – 2023, giải thưởng đã được trao 622 lần cho 1002 cá nhân và tổ chức trên thế giới.
