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科技创新导报 又是AI?今年的诺贝尔化学奖颁了!

又是AI?今年的诺贝尔化学奖颁了!

北京时间10月9日下午,瑞典皇家科学院宣布,将2024年诺贝尔化学奖授予David Baker,以表彰其在计算蛋白质设计方面的贡献,另一半共同授予Demis Hassabis和John M. Jumper,以表彰其在蛋白质结构预测方面的贡献。3名获奖者共获得1100万瑞典克朗(约合745万元人民币)奖金。

他们破解了蛋白质奇妙结构的密码

生命中丰富的化学反应是如何产生的?答案是——蛋白质的存在。蛋白质通常由20种氨基酸构成,这些氨基酸可以以无穷无尽的方式组合在一起,以存储在DNA中的信息作为蓝本,在我们的细胞中连在一起形成长链,折叠形成三维结构。这对蛋白质的功能起着决定性作用。因此,这20种氨基酸所包含的潜力怎么强调都不为过。

它们可以控制并驱动所有化学反应,而这些化学反应共同构成了生命之基。

一串氨基酸长期以来,化学家一直梦想着完全理解和掌握这种出色的化学工具。现在,这个梦想已经触手可及。David Baker成功完成了这一几乎不可能完成的壮举——制造全新种类蛋白质。Demis Hassabis和John M. Jumper成功开发了一种人工智能模型,预测了几乎所有已知蛋白质的结构——这是一个已存在50年之久的难题。他们的发现潜力是巨大的。

2003年,David Baker成功设计出一种不同于其他任何蛋白质的新蛋白质。自此以后,他的研究小组创造了一个又一个富于想象的蛋白质,包括可用作药物、疫苗、纳米材料和微型传感器的蛋白质。

使用Baker的程序Rosetta开发的蛋白质

Demis Hassabis和John Jumper的发现则涉及蛋白质结构的预测。自20世纪70年代以来,研究人员一直试图从氨基酸序列中预测蛋白质结构,但这一直是出了名的难题。然而,就在四年前,研究取得了惊人的突破。2020年,Demis Hassabis和John Jumper推出了一个名为AlphaFold2的AI模型。在它的帮助下,他们已经能预测已鉴定出的几乎所有2亿种蛋白质的结构。自此以后,AlphaFold2已被来自190个国家/地区的200多万人使用。现在,在众多的科学应用中,研究人员可以更好地了解抗生素的耐药性,并描绘出可以分解塑料的酶的图像。

使用AlphaFold2确定蛋白质结构

没有蛋白质,就没有生命。现在,我们可以预测蛋白质的结构,并设计我们自己的蛋白质,这无疑给人类带来了最大的益处。

获奖者简介

David Baker 1962年出生于美国西雅图,1989年毕业于加州大学伯克利分校并获得博士学位,华盛顿大学教授

Demis Hassabis 1976年出生于英国伦敦,2009年在伦敦大学学院获得博士学位,谷歌DeepMind首席执行官

John M. Jumper 1985年出生于美国阿肯色州小石城,2017年在芝加哥大学获得博士学位,谷歌DeepMind高级研究科学家

近5年诺贝尔化学奖得主名单

2023年 ——美国科学家Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus和俄罗斯科学家Alexei Ekimov获奖,获奖理由是“发现和合成量子点”。2022年 ——美国科学家Carolyn R. Bertozzi、丹麦科学家Morten Meldal和美国科学家K. Barry Sharpless获奖,获奖理由是“在点击化学和生物正交化学上的发展”。2021年 ——德国科学家Benjamin List和美国科学家David W.C. MacMillan获奖,获奖理由是“在不对称有机催化方面的发展”。2020年 ——法国科学家Emmanuelle Charpentier和美国科学家Jennifer A. Doudna获奖,获奖理由是“开发出一种基因组编辑方法”。2019年 ——美国科学家John B Goodenough、M. Stanley Whittlingham和日本科学家Akira Yoshino获奖,获奖理由是“在锂离子电池的发展上做出的贡献”。诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖华人得主名单 1957年

杨振宁和李政道因提出宇称不守恒理论获得诺贝尔物理学奖。

杨振宁、李政道

丁肇中

1976年

诺贝尔物理学奖颁给了丁肇中等,以表彰他们在发现一种新型重基本粒子中所作的先驱性工作。

1986年

诺贝尔化学奖颁给了李远哲等,以表彰他们应用交叉分子束实验方法在反应动力学上的贡献。

李远哲

朱棣文

1997年

朱棣文等因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”获得诺贝尔物理学奖。

1998年

崔琦等因“发现电子在一定条件下能变成新的粒子——量子流体”获得了诺贝尔物理学奖。

崔琦

钱永健

2008年

钱永健等因“对绿色萤光蛋白的发现和研究”获得诺贝尔化学奖。

2009年

诺贝尔物理学奖颁给了高锟,以表彰他在“有关光在纤维中的传送,以用于光学通讯”方面取得的成就。

高锟

屠呦呦

2015年

屠呦呦因“发现治疗疟疾的新疗法——青蒿素”获得诺贝尔生理学或医学奖。

参考资料、图片来源:诺贝尔委员会网站等

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新冠疫情催生六大科技创新

西班牙《趣味》月刊网站7月15日刊载题为《抗击新冠病毒的6个创新》的报道,介绍了抗击新冠病毒的6个科技创新,涉及预防、消毒、运输、监测等多个方面

1.让新冠病毒“爆炸”的表面涂层

英国科学家称,一种破坏新冠病毒的抗微生物涂层可以帮助我们清除常用表面的污染。涂层由抗微生物肽制作而成,可用于触摸屏或电梯按钮。抗微生物肽可破坏病毒外层脂膜,有效杀灭病毒。

涂层研发商英国“智能隔离”公司首席执行官雨果·马塞多说:“这种技术可使微生物‘爆炸’,就像气球碰到仙人掌那样。”

马塞多说:“我们针对大肠杆菌、H1N1病毒和近期的新冠病毒做了测试。在我们的初步测试中,这种涂层有效杀死了病毒。”

马塞多及其团队正在为这种智能涂层探索新的应用领域,如改进个人防护设备等。一面使用这种涂层、另一面使用黏性材料的抗病毒贴纸可用于自动取款机等常用表面。

2.自主消毒机器人

正在测试一款自主机器人杀灭新冠病毒的效果。这款机器人可发出紫外线,目前正在多家医院使用,防止医院内部感染。

这款紫外线消毒机器人使用的是短波紫外线(UV-C),这种紫外线通常不会穿透地球臭氧层。新冠病毒在UV-C辐射面前不堪一击。

设计、研发和生产这款机器人的是丹麦“蓝色海洋”机器人公司,该公司首席执行官克劳斯·里萨格说:“当这种紫外线攻击微生物时,会穿透其细胞膜,破坏细胞内所有大分子。这意味着细胞功能会停止,细胞也会死亡。”

UV-C通常用于医院的杀菌消毒,但由于是固定光源,一些区域无法被辐射覆盖。里萨格说,紫外线消毒机器人能够自主移动,到达房间各个角落,可以杀灭99.99%的细菌。里萨格说,一个有300张床位的医院——包括重症监护室和手术室——需要10至15台机器才能进行有效消毒。

3.在黑暗中发光的试剂

荷兰的一个科学家团队正在研发一种生物发光试剂,可用于检测人的免疫系统是否正在产生新冠病毒抗体。传感器由使用荧光素酶——萤火虫使用这种酶发光——的蛋白质制作而成,当检测到血液样本中有抗体时会发出蓝色的光。

每种传感器蛋白的结构分为两个部分,称为“结构域”,一部分发出蓝光,另一部分发出荧光绿光。除非检测到特异性抗体,否则蛋白质会一直呈绿色。由于抗体的结合会导致蛋白质内部结构变化,因此存在特异性抗体时蛋白质会由绿色变为蓝色。

4.防感染运输舱

EpiShuttle是一种单人隔离运输舱,最初被设计用于挪威应对2014年埃博拉疫情。空中救护团队使用EpiShuttle将感染者从新冠病毒“重灾区”运往医疗条件更好的地区。

由于缺乏空间、设备和水,防止空中救护过程中出现感染变得困难。由于驾驶舱和乘客舱之间没有物理隔离,因佩戴飞行设备而无法使用个人防护设备的飞行员面临感染风险。除了吸入空气、隔绝微生物的过滤设备外,EpiShuttle运输舱完全密闭。这种密闭的环境可以阻断感染,使医护人员能对患者进行安全空运。

EpiShuttle开发商EpiGuard公司首席执行官埃伦·卡特琳·安德森说:“面对疫情,我们发现运输是十分重要的一个部分,因为疫情‘重灾区’有很多患者,这些地区的重症监护能力也达到了上限。如果有足够的运输空间,就可以将患者运送至压力较小且重症监护能力较强的地区。”

5.监测生命迹象的3D打印眼镜

据发明者介绍,一款使用3D打印技术制作的、配备监测系统的眼镜能向健康专业人士提供更快、更准确的关于新冠肺炎患者病情演变的数据。这款眼镜由匈牙利的一个学生团队研发而成。

这款眼镜包含3个传感器,一个红外线测温仪、一个测量脉搏频率和血氧饱和度的血氧计以及一个监测呼吸的麦克风。

“由于我们可以更加有规律地对患者进行测量,我们获得的趋势分析也更加准确。”发明者彼得·拉卡托什说,“我们可以更快提醒护士是否有情况正在恶化。”

6.医疗设备在线对比系统

一个将卫生服务提供者与个人防护设备和医疗设备供应商联系起来的实时平台可以解决供求关系问题,避免设备短缺的情况发生。

开发者鲍里斯·米霍夫说,新冠病毒危机暴露了重要数据短缺的问题。“你怎么让全世界知道你正在生产医疗机构所需的东西?”米霍夫说,“正如大家现在所看到的那样,新冠肺炎危机期间,供求关系中的供给部分完全不存在。”

AirBind平台致力于简化医疗设备和个人防护设备的购买,促进信息交流清晰化、透明化。内容包括医疗机构的需求、制造商信息以及慈善机构和非政府组织可以将捐款投放的范围。

米霍夫说,这个平台还可以帮助慈善机构更好地运作。米霍夫说:“对慈善机构来说,目前协调是一个难题。所以只需提供数据,并让数据为相关方所用,工作就会变得更加容易。”

来源:参考消息

编排:安妮

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