När vetenskapstidningen Science utser Årets genombrott är det oftast för något som skett i ett laboratorium. Aldrig har utmärkelsen gått till en dator, eller rättare sagt till en artificiell intelligens, en AI.

Men 2021 hände det.

Inte bara en, utan två AI vann utmärkelsen för ett nästan ofattbart genombrott som i femtio år har varit en av biologins stora utmaningar, Grand Challenges.

En femtioårig utmaning

I sitt tacktal för Nobelpriset i kemi, 1972, menade pristagaren Christan Anfinsen att det en dag skulle vara möjligt att förutsäga utseendet på en protein bara genom att känna till sekvensen på aminosyrorna som bygger den.

Proteiner är vår kropps arbetshästar. De omvandlar mat till energi som vi kan använda, slåss mot inkräktare och transporterar syre i blodet – och mycket mer. Att förstå proteiner är därför väldigt viktigt för att förstå vår kropp, sjukdomar som angriper den och ta fram effektiva läkemedel.

Att ta reda på hur ett protein ser ut, hur den viker sig, går att göra i ett labb, men tar ofta flera år och kan kosta miljontals kronor. Bara i människokroppen finns hundratusentals protein och i andra arter miljoner och miljarder protein.

Kan datorer snabba på utvecklingen?

Vi borde kunna använda datorer och deras snabba beräkningsförmåga för att knäcka detta problem, menade forskarna John Moult och Krzysztof Fidelis och lanserade en tävling.

Vartannat år får lag tävla mot varandra och får poäng baserat på hur nära de kommer ett proteins verkliga struktur. För att nå samma klass som ett labb krävs minst 90 poäng. Tävlingen startade 1994 och fram till 2016 hade inget lag ens kommit nära den nivån.

2018 - AlphaFold gör entré

AlphaFold heter en AI utvecklad av Googles AI-bolag DeepMind. Direkt vann man tävlingen med en poäng bättre än något lag tidigare i tävlingens historia, dock inte 90 poäng.

Två år senare, 2020, ställde AlphaFold upp igen och för första gången passerade en AI 90-poängsnivån med ett genomsnittligt resultat på 92,4.

Ordföranden i Royal Society, Nobelpristagaren Venki Ramakrishnan jublade:

"Detta är ett häpnadsväckande framsteg när det gäller proteinveckningsproblemet, en 50-årig 'grand challenge' inom biologi. Det har inträffat årtionden innan många människor i fältet har förutsett."

Men detta var inte genombrottet som Science prisade, för det som följde direkt efter var ännu mer häpnadsväckande.

Det verkliga genombrottet

I juli 2021 meddelade ett team lett av David Baker från University of Seattle att deras AI, RoseTTAFold, hade kartlagt utseendet på hundratals proteiner, med en metod snarlik den DeepMind använde.

Några veckor senare var det DeepMinds tur. AlphaFold hade kartlagt utseendet på 350 000 av människokroppens protein, motsvarande 44 procent alla kända människo-protein. Under de kommande månaderna kartlade de hundra miljoner protein från en mängd arter, vilket utgör ungefär hälften av alla protein vi känner till.

Inte nog med det, de började också kartlägga hur proteiner binds samman och interagerar med varandra och hunnit med över 5000 sådana kopplingar.

Det var denna utveckling som Science belönade.

Exponentiell tillväxt - från långsamt till väldigt snabbt

Vi människor har svårt att förstå exponetiell tillväxt. När något dubblas gång på gång ser det först ut som ingenting händer, men plötsligt blir talen som dubblas enorma.

Antalet transistorer per chip var ett (1) år 1959. Det dubblades till två år 1960, fyra 1961, åtta 1962 och så vidare. När Gordon Moore år 1965 skrev en artikel som blev grunden det vi idag kallar Moores lag var antalet 64 transistorer per chip. År 2017 var det 19,2 miljarder.

Det är grunden det vi har sett hända inom AI och proteinområdet. Allt kraftfullare datorer kombinerat med allt bättre maskininlärning gjorde att vi gick från en till synes långsam utveckling till en explosiv utveckling.

En damm som brister

När vattnet hittar en spricka i dammen kan det gå snabbt. Från en liten glipa där vattnet pressar sig igenom till att hela dammen spricker och allt vatten väller fram.

När AlphaFold vann tävlingen 2018 så började vattnet leta sig fram till en spricka. 2020 nådde vattnet igenom och 2021 sprack dammen och på ett år gick man från att kunna kartlägga någon enstaka protein till miljoner proteiner.

AlphaFold2 och RoseTTAFold är nu open source och tillgängligt för forskare runt om i världen.

Vi kommer se det här igen

Med Moores lag och den snabba AI-utveckling kommer vi gång på gång uppleva liknande dramatiska genombrott. Självkörande bilar är ett sådant. När vi löst problemet kommer vi snabbt se hur det sprids till alla sorters fordon.

Mathias Sundin

Ps. Om du är intresserad av bakgrunden till AlphaFold så skrev jag om det förra året. Vägen till genombrottet gick genom att spela spel.

🧬 Från spel till vetenskapligt genombrott - historien om AlphaFold

Historien om datorer som tävlar mot människor är lång och väcker ofta enorm uppmärksamhet. Men vad är det bra för? Vad betyder det om en dator kan vinna i schack, Go eller Starcraft? Vi fick svaret när AlphaFold löste en 50-årig utmaning inom biologi.

Warp NewsMathias Sundin