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诺奖风向标剑指AI?2023拉斯克奖揭晓,谷歌AlphaFold开发者上榜

2023.9.22
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chloe

随遇而安

  2023年9月21日,Lasker基金会宣布了2023年度拉斯克奖的6名获奖者。今年拉斯克奖共设立3个奖项:临床医学研究奖、基础医学研究奖以及医学科学特别成就奖。

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  自1945年以来,拉斯克奖(Lasker Award)每年颁发给对医学科学做出重大贡献的在世人士,是美国最具声望的医学生物奖项,更被喻为“诺奖风向标”,据统计已有86位拉斯克奖得主获得了诺贝尔奖。

  临床医学研究奖:光学断层扫描(OCT)技术发明者

  Lasker~DeBakey临床医学研究奖授予James G. Fujimoto(麻省理工学院),David Huang (Casey眼科研究所,俄勒冈健康与科学大学)和Eric A. Swanson(麻省理工学院),以表彰他们发明光学相干断层扫描(OCT)。这项技术使用光束来可视化人体组织(如视网膜)内的微观结构。

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  在没有身体接触的情况下,无痛地实时生成眼睛内部结构的高分辨率横截面图像的能力是前所未有的,OCT通过允许医生快速检测并治疗损害视力的视网膜疾病,从而彻底改变了眼科,从而挽救了数百万人的视力。OCT的医疗用途现在正在扩大,特别是因为工程师们已经将其整合到可以进入循环系统的探针中,并将其整合到手术显微镜和其他仪器中。

  基础医学研究奖:AI系统精准预测蛋白质结构

  Albert Lasker基础医学研究奖授予了两位科学家Demis Hassabis和John Jumper,以表彰他们发明了人工智能(AI)系统AlphaFold,该系统解决了从氨基酸的一维序列预测蛋白质三维结构的长期挑战。

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  Demis Hassabis和John Jumper(两人都来自谷歌DeepMind)凭借出色的想法、密集的努力和卓越的工程技术,带领AlphaFold团队将结构预测的准确性和速度提升到了前所未有的水平。这种转变的方法正在迅速推进我们对基本生物过程的理解,并促进药物设计。

  蛋白质结构之谜

  人体的蛋白质在细胞内扮演着非常重要的角色,它们的多种生理功能与它们从线性氨基酸链折叠成三维结构后的形态密切相关。对蛋白结构的深入洞察可以阐明其功能并解开生物学之谜。

  早在60多年前,科学家们已经证明蛋白质的氨基酸序列编码了其最终的组织结构。理论上,科学家们可以找出引导氨基酸链正确构象的原理。然而,对于一条氨基酸链来说,它可能产生多种潜在构象——即使是对一个中等大小的蛋白质来说,尝试所有构象排列方式所需的时间也是惊人的。

  将AI用于蛋白质折叠

  人们采用了多种策略来尝试解析蛋白质结构,其中,华盛顿大学的David Baker教授开发了一种早期方法,他使用来自共享的全球数据库“蛋白质数据库(PDB)”所收录的短片段来预测蛋白质的局部结构。虽然这种策略在某些情况下有所帮助,但这种基于片段的策略很耗时,对绝大多数蛋白质的适用性有限。

  时间推进到2018年和第13届国际蛋白质结构预测竞赛(CASP),科学家们已经将机器学习用于蛋白质结构预测。与依赖预先构想逻辑的传统人工智能方法不同,机器学习系统从数据中自行发现模式规律。通过将机器学习作为蛋白质结构预测网络的核心组成部分,Hassabis博士和John Jumper博士的团队赢得了第13届CASP竞赛,准确率大幅领先于亚军,比第12届CASP竞赛的最好成绩提高了近50%。尽管取得了成功,但DeepMind的研究人员并不满意:他们希望得到一种对于实验人员更加有用的工具,误差小于1埃米(原子的大小)。

  经过多轮的调试和集思广益,DeepMind的研究团队在原来的算法基础上成功构建出了AlphaFold2。在2020年的CASP上,DeepMind的AlphaFold2系统表现惊艳,在接受检验的近100个蛋白靶点中,AlphaFold2对三分之二的蛋白靶点给出的预测结构与实验手段获得的结构相差无几。有些情况下,已经无法区分两者之间的区别是由于AlphaFold2的预测出现错误,还是实验手段产生的假象。

  Hassabis博士和Jumper博士与欧洲分子生物学实验室的欧洲生物信息学研究所合作,与科学界共享了该项目和数据库,超过一百万名研究人员使用了这些资源。此后,DeepMind团队将其数据库目录扩展到基因组已测序的生物体中几乎所有已知蛋白质,包括构成流行病威胁的病毒和世界卫生组织高度优先的病原体的蛋白质组。

  这项技术已经在无数生物医学领域和其他领域产生了巨大影响。例如,它帮助研究人员填补了对核孔复合体可视化的认知不足——核孔复合体是一种巨大而复杂的分子机器,控制进出细胞核的物质运输。通过应用AlphaFold,研究人员重新设计了蛋白质以靶向人类细胞,为药物递送和基因治疗开辟了一条新途径。全球各地的实验室和生物医药公司正在利用AlphaFold开发疫苗、设计药物、制造可降解污染物的酶等等。其应用前景是无穷无尽的。

  拉斯克奖的官方评语中这样写道:通过放飞想象力和才华,Hassabis、Jumper和他们的团队完成了让科学家困惑了半个世纪的任务。这一胜利开启了研究和操纵蛋白质的新时代。它已经催化出了实质性的进步,随着众多领域的工作者想方设法挖掘其潜力,他的影响力和范围有望爆炸式增长。

  医学科学特殊成就奖:卓越的科学发现、教育成果和领导力

  2023年Lasker~Koshland医学科学特别成就奖旨在表彰50年来在科学发现、指导和领导方面做出杰出贡献的内科科学家。Piet Borst(阿姆斯特丹荷兰癌症研究所)在实验室中大胆地、反复地冒险进入新的领域,他在多个领域取得了开创性的发现。

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  他的工作揭示了寄生虫如何逃避人类免疫系统,并为癌症耐药性的分子泵提供了见解。他揭示了一种意想不到的代谢途径,揭示了一种新的DNA构建块,并确定了一种遗传性疾病的生化基础。凭借远见和毅力,他带领荷兰癌症研究所成为世界一流的机构。他的贡献远远超出了他的家庭机构,因为他指导了欧洲和其他地区的著名科学组织和奖项委员会。他培养了数十名享誉国际的科学家,并将他对科学的热情和严肃的态度也用于教育公众。

  Piet Borst在多个领域做出了开创性的发现。在上世纪60年代,通过研究非洲锥虫的异常线粒体DNA等问题,他揭示了寄生虫通过在基因组的活跃点替换现有的外套蛋白(coat-protein)基因而逃避人类免疫系统。同时他还发现了一种全新的DNA构建模块——碱基J(base J),它在锥虫和其他寄生虫终止生长的RNA链中起关键作用。在加入荷兰癌症研究所后,他开始研究导致哺乳动物对化疗药物产生抵抗性的基因。他在这一领域取得了众多发现,特别是在蛋白质的正常生理作用方面。

  除了他的科学贡献以外,Piet Borst还是一个优秀且智慧的领导者、组织者和教育者。凭借远见和毅力,他将荷兰癌症研究所引领至世界级水平。他还指导了欧洲及其他地区的重要科学组织和奖项委员会。他培养了许多获得国际声誉的研究者,并将他对科学的热情和务实的态度投入到了公众教育中。


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