Le lauréats du prix Nobel de chimie 2024, David Baker, Demis Hassabis et John M. Jumper, ont révolutionné notre compréhension des protéines. Découvrez comment leurs travaux novateurs ont non seulement transformé la science, mais également ouvert la voie à des avancées marquantes dans divers domaines, allant de la biotechnologie aux vaccins.
Le prix Nobel de chimie 2024 a été décerné aux scientifiques David Baker, Demis Hassabis et John M. Jumper, experts en intelligence artificielle qui ont révolutionné la compréhension des protéines et de leur structure. Que sont ces molécules et pourquoi ont-elles valu la prestigieuse distinction aux trois chercheurs ?
David Baker de l’Université de Washington, ainsi que Demis Hassabis et John M. Jumper de DeepMind (Google), sont les lauréats du Nobel de chimie 2024. Les trois scientifiques ont été honorés pour leurs études pionnières sur les protéines; le premier pour « la conception computationnelle des protéines », tandis que les deux autres pour « la prévision de la structure protéique ». L’annonce a été faite à Stockholm le mercredi 9 octobre 2024 par l’Académie royale des sciences de Suède, qui, la veille, avait attribué le Nobel de physique 2024 à John J. Hopfield et Geoffrey E. Hinton pour leurs recherches sur l’apprentissage automatique basé sur des réseaux neuronaux artificiels. Les trois lauréats du Nobel de chimie ont également développé des systèmes innovants d’intelligence artificielle, un domaine des sciences informatiques à la fois perturbateur et révolutionnaire, qui a été au cœur des récompenses de cette année. Voilà pourquoi Baker, Hassabis et Jumper ont reçu la plus prestigieuse des récompenses scientifiques dans leur domaine.
Qu’est-ce que les protéines
Comme souligné par l’Institut Humanitas, les protéines sont « des macronutriments indispensables au fonctionnement de l’organisme, où elles jouent à la fois un rôle structurel et fonctionnel ». Ce sont, fondamentalement, de grandes et complexes molécules impliquées dans une multitude de mécanismes et de processus biologiques, à leur tour basés sur une combinaison de chaînes des soi-disant briques de la vie, les 20 acides aminés. Les protéines représentent en pratique l’armature des organismes vivants, sans lesquelles nous n’aurions pas de cellules, de tissus et d’organes. « Elles contrôlent et dirigent toutes les réactions chimiques qui cimentent la base de la vie. Les protéines agissent également comme hormones, substances de signalisation, anticorps et constituants de divers tissus », explique la Fondation Nobel sur son portail, à l’appui de cette nouvelle récompense. Elles sont impliquées dans la réplication de l’ADN, dans les réactions métaboliques catalysées par des enzymes (qui sont des protéines elles-mêmes), dans la signalisation entre cellules et dans de nombreuses autres fonctions.
Les protéines sont « construites » essentiellement par les ribosomes à l’intérieur des cellules via la synthèse protéique, un processus complexe au cours duquel les informations génétiques de l’ADN sont copiées dans l’ARN messager (ARNm) et ce dernier est utilisé par les ribosomes comme une sorte de manuel d’instructions pour assembler les protéines, en reliant les acides aminés en chaînes de différentes longueurs. Le vaccin anti-Covid à ARN messager fonctionne exactement de cette manière ; les ribosomes lisent le projet (dans ce cas, la protéine S ou Spike du coronavirus SARS-CoV-2) et produisent la protéine qui, une fois « présentée » au système immunitaire, devient une cible pour les anticorps neutralisants. Une caractéristique essentielle du fonctionnement des protéines réside dans leur structure 3D, le repliement de la séquence d’acides aminés, qui les distingue les unes des autres. C’est précisément pour les découvertes dans le domaine complexe de la structure protéique que Baker, Hassabis et Jumper ont remporté le prix Nobel de chimie 2024.
Qui est David Baker et pourquoi a-t-il reçu le prix Nobel de chimie
David Baker est un biochimiste et biologiste computationnel américain né à Seattle en 1962. Ce scientifique est membre de l’Académie nationale des sciences des États-Unis et professeur à l’Université de Washington, où il enseigne différentes matières, notamment la bio-ingénierie, l’ingénierie chimique et l’informatique. Au cours de sa longue carrière académique, il a fondé une douzaine d’entreprises biopharmaceutiques et son projet le plus ambitieux a été le développement d’un algorithme d’intelligence artificielle appelé Rosetta, qui permet de concevoir et de prévoir la structure des protéines. Son équipe a été responsable de la création de Top7, la première protéine artificielle ayant une structure et des fonctionnalités inédites. Depuis cette avancée, qui a environ 20 ans, lui et ses collaborateurs ont créé de nombreuses protéines innovantes, dont beaucoup sont à la base de nouveaux médicaments, de vaccins, de capteurs, de matériaux nanotechnologiques et bien plus encore. Il n’est pas surprenant que le professeur Baker ait été inclus par Time parmi les 100 personnes les plus influentes dans le domaine de la santé. Il a été honoré du Nobel précisément pour ses études en conception protéique.
Qui sont Demis Hassabis et John M. Jumper et pourquoi ont-ils remporté le prix Nobel de chimie 2024
Le britannique de 48 ans, Sir Demis Hassabis, est un informaticien, expert en intelligence artificielle, maître d’échecs (à seulement 13 ans) et ancien développeur de jeux vidéo. Il a obtenu un doctorat en neurosciences cognitives à l’University College de Londres et est actuellement directeur général (PDG) de DeepMind, une entreprise filiale de Google spécialisée dans l’IA, qu’il a contribué à fonder en 2010. Parmi ses recherches les plus significatives liées à l’apprentissage automatique, on trouve celles dédiées au repliement protéique ; l’objectif était de prévoir la structure de ces grandes et complexes molécules.
Avec ce souhait, il a développé le programme révolutionnaire d’IA AlphaFold en collaboration avec son collègue de DeepMind, John Michael Jumper, physicien et mathématicien américain spécialisé dans les algorithmes permettant de prévoir la structure protéique. Grâce à ce logiciel d’IA, les deux scientifiques ont réussi à prévoir la structure de 18 protéines sur 43 dans l’expérience internationale Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction (CASP). Un exploit historique. La prévision des structures protéiques a été en effet un défi scientifique pendant un demi-siècle, d’une importance capitale, car c’est de la structure tridimensionnelle – et donc du repliement – qu’il est possible de comprendre comment ces biomolécules fonctionnent et quelle est leur activité.
En 2020, comme l’indique la Fondation Nobel, les deux chercheurs de DeepMind ont mis au point le nouveau modèle d’IA AlphaFold2, grâce auquel « ils ont pu prévoir la structure de pratiquement toutes les 200 millions de protéines identifiées par les chercheurs ». Les découvertes de Hassabis et Jumper ont également de nombreuses applications pratiques, notamment dans le domaine pharmaceutique et dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques, considérée comme l’une des principales menaces pour la santé publique.