ซีอีโอ “กูเกิลดีปมายด์” พิชิตโนเบลเคมีด้วยผลงานคาดการณ์โครงสร้างโปรตีน

ราชบัณฑิตยสภาวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน ประกาศผลการตัดสินรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2024 โดยมอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ 3 คน ผู้มีส่วนร่วมในการใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ออกแบบสร้างสรรค์โปรตีนชนิดใหม่ และยังคาดการณ์ถึงโครงสร้างสามมิติอันซับซ้อนของโปรตีนหลายล้านแบบได้อีกด้วย

ศาสตราจารย์เดวิด เบเคอร์ ชาวอเมริกันวัย 60 ปี จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันของสหรัฐฯ คว้ารางวัลอันทรงเกียรติด้วยผลงานการออกแบบสร้างโปรตีนชนิดใหม่ ส่วนศาสตราจารย์เดมิส ฮัสซาบิส วัย 48 ปี ประธานเจ้าหน้าที่บริหารหรือซีอีโอของบริษัทเทคโนโลยีเอไอ “กูเกิลดีปมายด์” (Google DeepMind) ซึ่งมีสำนักงานใหญ่ในกรุงลอนดอนของสหราชอาณาจักร และศาสตราจารย์จอห์น เอ็ม. จัมเปอร์ ชาวอังกฤษวัย 39 ปี ซึ่งร่วมงานกับศาสตราจารย์ฮัสซาบิส ก็ได้ร่วมครองรางวัลอันทรงเกียรติในครั้งนี้ด้วยเช่นกัน

ทั้งสามจะได้รับเงินรางวัล 11 ล้านโครนสวีเดน หรือราว 35.6 ล้านบาท โดยศ.เบเคอร์ จะได้รับเงินรางวัลครึ่งหนึ่งของทั้งหมด ส่วนอีกครึ่งหนึ่งจะตกเป็นของศ.ฮัสซาบิส และ ศ.จัมเปอร์

ปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์แบบ

โปรตีน (protein) คือสารที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต และสามารถพบได้ในทุกเซลล์ของร่างกายมนุษย์ การศึกษาทำความเข้าใจโปรตีนที่มีอยู่หลายล้านชนิดได้อย่างลึกซึ้ง จะนำไปสู่ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในด้านการแพทย์ วัสดุศาสตร์ หรือวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม เช่นใช้โปรตีนที่ออกแบบขึ้นใหม่เพื่อแก้ปัญหาเชื้อโรคดื้อยา หรือคาดการณ์ถึงโครงสร้างของเอนไซม์ (enzyme) ที่จะช่วยย่อยสลายพลาสติกได้

ศ.มาร์ก ซิมเมอร์ ผู้เชี่ยวชาญด้านเคมีจากวิทยาลัยคอนเนทิคัตของสหรัฐฯ อธิบายถึงผลงานของสามผู้ครองรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปีนี้ ในบทความของเขาที่เผยแพร่ทางเว็บไซต์ theconversation.com ไว้ดังต่อไปนี้

โปรตีนนั้นถือว่าเป็นเครื่องจักรขนาดเล็กระดับโมเลกุล ซึ่งทำหน้าที่ขับเคลื่อนสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ให้ดำรงชีพอยู่ได้ โดยเป็นส่วนประกอบหลักของกล้ามเนื้อ, กระดูกอ่อน, เลือด, รวมทั้งฮอร์โมนและเอนไซม์ทั้งหลาย การทำความเข้าใจโครงสร้างของโปรตีนนั้นสำคัญอย่างยิ่ง เพราะรูปร่างของมันคือปัจจัยหลักในการกำหนดคุณสมบัติทางเคมีและหน้าที่ต่อร่างกาย โดยลำดับของกรดอะมิโนที่มาต่อกันเป็นสายโซ่ยาวนั้น คือตัวการที่ตัดสินว่าโปรตีนชนิดหนึ่งจะมีรูปทรงสามมิติที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวอย่างไร

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโมเลกุลกรดอะมิโนซึ่งประกอบกันขึ้นเป็นโปรตีน ทำให้เกิดการบิดและพับตัวของโครงสร้างทั้งหมด หากในบางครั้งปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวทำให้เกิดการพับตัวของโปรตีนที่ผิดพลาด ก็อาจทำให้เกิดโรคร้ายแรงในมนุษย์ได้ เช่นโรคสมองเสื่อมอัลไซเมอร์, เบาหวาน, หรือซิสติก ไฟโบรซิส (cystic fibrosis)

ในอดีตนั้นการคาดการณ์หรือทำนายรูปทรงโครงสร้างของโปรตีน โดยอาศัยการวิเคราะห์ข้อมูลลำดับกรดอะมิโนเพียงอย่างเดียว ถือว่าเป็นเรื่องที่ยากมาก เพราะมันขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีหลายพันครั้งที่เกิดขึ้นภายในเสี้ยววินาที ด้วยเหตุนี้ ศ.เบเคอร์จึงได้ริเริ่มพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ “โรเซตตา” (Rosetta) ขึ้นในปี 2003 เพื่อออกแบบโปรตีนชนิดใหม่ให้มีรูปร่างและการพับตัวตามที่ต้องการใช้งานก่อน หลังจากนั้นจึงมาคาดการณ์ลำดับกรดอะมิโนเพื่อทำการสังเคราะห์ ซึ่งนับว่าเป็นกระบวนการถอยหลังที่แก้ไขปัญหาได้ง่ายกว่าเดิมมาก

อย่างไรก็ตาม วิธีการของศ.เบเคอร์ สามารถสร้างได้เพียงโปรตีนที่มีรูปทรงเรียบง่ายไม่ซับซ้อนมากนัก ดังนั้นการไขปริศนาเรื่องการพับตัวที่ให้กำเนิดโปรตีนหลายล้านชนิด จะต้องอาศัยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่มีพลังและความสามารถในการประมวลผลที่เหนือกว่า

ในปี 2016 ศ.ฮัสซาบิส ซึ่งเคยพัฒนาปัญญาประดิษฐ์หรือเอไอ AlphaZero และ AlphaGo สำหรับการเล่นหมากรุกและหมากล้อมมาก่อน ได้หันมาร่วมงานกับศ. จัมเปอร์ ที่เป็นนักเคมี เพื่อฝึกฝนเอไอให้เรียนรู้เรื่องโครงสร้างการพับตัวของโปรตีน จนต่อมาในปี 2020 ก็สามารถเปิดตัว AlphaFold2 ซึ่งเป็นเอไอที่ทำนายหรือคาดการณ์รูปทรงสามมิติของโปรตีนได้อย่างแม่นยำสูง โดยอาศัยเพียงข้อมูลของลำดับกรดอะมิโนเท่านั้น

ทุกวันนี้ AlphaFold2 ได้คาดการณ์ถึงโครงสร้างของโปรตีนไปแล้วกว่า 200 ล้านชนิด ซึ่งก็คือโปรตีนเกือบทั้งหมดในฐานข้อมูลที่มีการถอดลำดับกรดอะมิโนเอาไว้แล้ว ล่าสุดในปี 2024 ศ.ฮัสซาบิส และ ศ.จัมเปอร์ ยังได้เปิดตัว AlphaFold4 ซึ่งเป็นเอไอที่ยกระดับความสามารถในการทำนายโครงสร้างโปรตีนสูงขึ้นอีกด้วย

นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถเข้าถึงและนำข้อมูลโครงสร้างโปรตีนของ AlphaFold2 ไปใช้งานเพื่อการวิจัยทางชีววิทยา การแพทย์ รวมถึงการคิดค้นยาและวัคซีนใหม่ ๆ เช่นนักวิจัยอาจออกแบบโปรตีนซึ่งสามารถเกาะติดกับเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรค เพื่อมุ่งเป้ายับยั้งการทำงานของเอนไซม์นั้นอย่างเฉพาะเจาะจง

ทำความรู้จัก ศ.เดมิส ฮัสซาบิส

หลังได้ทราบข่าวการประกาศผลรางวัลโนเบลสาขาเคมี ศ. ฮัสซาบิสกล่าวว่า นี่คือเกียรติยศสูงสุดในชีวิตของเขา “ผมทุ่มเททั้งชีวิตทำงานพัฒนาเอไอ เพราะเชื่อว่ามันมีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงโลก”

ก่อนหน้านี้เขาไม่เพียงแต่สนับสนุนให้เด็ก ๆ เล่นเกมคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังส่งเสริมให้รู้จักสร้างเกมขึ้นมาเองด้วย เพราะการเล่นเกมในวัยเด็กได้ปูทางให้เขาเข้าสู่วงการเทคโนโลยี ซึ่งมุ่งเน้นการพัฒนาเอไอ

ศ.ฮัสซาบิส เป็นบุตรชายของคู่สมรสข้ามชาติที่เป็นชาวกรีกจากเกาะไซปรัสและชาวสิงคโปร์ เขาเติบโตในกรุงลอนดอนของสหราชอาณาจักร และเป็นเด็กอัจฉริยะที่เริ่มเล่นหมากรุกตั้งแต่ 4 ขวบ จนไต่เต้าถึงระดับมาสเตอร์หรือผู้เชี่ยวชาญได้เมื่อมีอายุเพียง 13 ปี

ศ.ฮัสซาบิสสำเร็จการศึกษาระดับเอ-เลเวล หรือมัธยมศึกษาตอนปลายของอังกฤษ ขณะที่มีอายุได้ 16 ปี ทำให้มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ซึ่งตอบรับให้เขาเข้าศึกษาต่อด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ในระดับอุดมศึกษา ต้องขอให้เขาพักเรื่องการเรียนต่อเอาไว้ก่อนชั่วคราว โดยให้เว้นช่วงไป 1 ปี เพราะในตอนนั้นเขายังอายุน้อยมาก

อัจฉริยะผู้นี้มีประสบการณ์ทำงานออกแบบและพัฒนาเกมคอมพิวเตอร์ จนได้รับรางวัลมากมาย ตั้งแต่ยังไม่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี ต่อมาเขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัยยูนิเวอร์ซิตี คอลเลจ ลอนดอน (UCL) ก่อนจะไปทำงานสอนและวิจัยในมหาวิทยาลัยหลายแห่งของสหรัฐฯ

ในปี 2010 เขาร่วมก่อตั้ง DeepMind ซึ่งเป็นบริษัทเทคโนโลยีที่พัฒนาการเรียนรู้ของสมองกล และต่อมากูเกิลได้เข้าซื้อกิจการนี้ไปในปี 2014 อย่างไรก็ตาม ศ.ฮัสซาบิสยังคงเป็นซีอีโอของกูเกิลดีปมายด์ ซึ่งมุ่งพัฒนาเอไอให้สามารถใช้อัลกอริทึมที่ทรงพลังในการแก้ปัญหาทางการคำนวณและวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ