Phòng thí nghiệm lõi trọng điểm:
Thiết kế protein có thể trở thành một trong những cuộc cách mạng khoa học mang tính chuyển đổi sâu sắc nhất của thế kỷ XXI.
David Baker, chủ nhân giải Nobel Hóa học năm 2024 nói, điều khiến tôi hào hứng nhất là lĩnh vực này không đơn thuần chỉ là việc AI tạo ra những cấu trúc protein đẹp mắt. Nó đại diện cho sự hội tụ của Trí tuệ Nhân tạo (AI), Vật lý, Hóa học, Sinh học và Kỹ thuật để hình thành một mô hình hoàn toàn mới trong thiết kế phân tử.
Những thành tựu của Viện Thiết kế Protein (Institute for Protein Design – IPD) thuộc Đại học Washington và Baker Lab cho thấy ngày nay chúng ta có thể thiết kế protein từ những nguyên lý cơ bản nhất nhằm tạo ra vaccine, thuốc kháng virus, enzyme, vật liệu nano, hệ dẫn truyền thuốc và những chức năng phân tử hoàn toàn mới. Các công cụ như RoseTTAFold, RFdiffusion và ProteinMPNN đang giúp con người khám phá không gian khổng lồ của trình tự và cấu trúc protein với tốc độ chưa từng có.
Tuy nhiên, đằng sau mỗi protein được thiết kế thành công luôn tồn tại những câu hỏi cốt lõi của lý sinh học:
- Làm thế nào một trình tự amino acid mã hóa nên một cấu trúc?
- Làm thế nào một cấu trúc tạo ra chức năng sinh học?
- Các tương tác phân tử xuất hiện như thế nào từ những quy luật vật lý cơ bản?
Lý sinh học hiện đại đang trở thành cây cầu nối giữa các giả thuyết do AI tạo ra và thực tại sinh học.
Sự gấp cuộn protein, động học cấu dạng, nhận diện phân tử, tự lắp ráp, xúc tác enzyme, tương tác màng sinh học, cảnh quan năng lượng (energy landscape) và sự lan truyền lực ở cấp độ phân tử đều là những hiện tượng mang bản chất lý sinh học.
AI có thể đề xuất hàng triệu ứng viên protein, nhưng chính lý sinh học giúp giải thích vì sao một số protein có thể gấp cuộn chính xác, duy trì độ ổn định, nhận diện mục tiêu đặc hiệu, tự lắp ráp hoặc thực hiện những chức năng phức tạp trong hệ sinh học sống.
Tương lai của thiết kế protein có lẽ sẽ không được dẫn dắt bởi AI đơn thuần. Đó sẽ là sự kết hợp giữa AI, sinh học cấu trúc, mô phỏng phân tử, các kỹ thuật thực nghiệm tốc độ cao và lý sinh học định lượng.
Theo nhiều cách, chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện của một kỷ nguyên mới:
Từ quan sát tự nhiên → đến thấu hiểu tự nhiên → đến thiết kế tự nhiên.
Và lý sinh học đang nằm ở trung tâm của sự chuyển đổi đó.
