เป็นพาร์ทหนึ่งที่น่าสนใจมากจากหนังสือ The Coming Wave :  Technology, Power, and the Twenty-first Century’s Greatest Dilemma โดย Mustafa Suleyman ที่เป็นเรื่องราวเกี่ยวกับความก้าวหน้าที่สำคัญมาก ๆ เมื่อโลกของเทคโนโลยี AI มาบรรจบกับเทคโนโลยีด้านชีวภาพ

โปรตีนเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวิต กล้ามเนื้อ เลือด ฮอร์โมน หรือแม้กระทั่งเส้นผมของมนุษย์เรา โดยเป็นสัดส่วนถึง 75% ของน้ำหนักของมนุษย์โดยส่วนใหญ่

เรียกได้ว่าโปรตีนอยู่ในทุกอณูของชีวิตมนุษย์เรา ทำหน้าที่สำคัญมากมาย และมนุษย์เราก็มีคำถามที่สำคัญกับเรื่องโปรตีนมานานแล้ว

แต่ปัญหาหลักที่เกิดขึ้นกับองค์ความรู้ของมนุษย์เราที่ผ่านมาก็คือ การรู้เพียงแค่ลำดับ DNA เพียงอย่างเดียวนั้นมันยังไม่เพียงพอที่จะรู้ว่าโปรตีนทำงานอย่างไร

เราต้องทำความเข้าใจว่าการม้วนพับของโปรตีนนั้นมันเกิดขึ้นได้อย่างไร และมันเป็นปัญหาคลาสสิกที่มนุษย์เราต้องการที่จะเรียนรู้มันมานานแล้ว

แต่เดิมเราใช้วิธีการคำนวณแบบ brute-force ซึ่งก็คือการพยายามหาความเป็นไปได้ทั้งหมดที่สามารถเกิดขึ้นได้ ใช้ความถึกล้วน ๆ ซึ่งมันอาจจะใช้เวลานานกว่าอายุของเอกภพที่เรารู้จักกันเสียอีกกว่าจะได้เรียนรู้มันแบบจริง ๆ จัง ๆ

การค้นหาว่าการม้วนพับของโปรตีนมันทำได้อย่างไรจึงเป็นกระบวนการที่มีความท้าทายสูงมาก ๆ ซึ่งใช้เวลานานหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์พยายามค้นหาวิธีว่ามันมีวิธีที่ดีกว่าเดิมหรือไม่

ในปี 1993 พวกเขาได้ตัดสินใจจัดการแข่งขันปีละ 2 ครั้งที่เรียกว่า Critical Assessment for Structure Prediction (CASP) เพื่อดูว่าใครที่จะสามารถแก้ไขปัญหาการม้วนพับของโปรตีนได้

ใครก็ตามในโลกใบนี้ที่สามารถคาดการณ์ได้ดีที่สุดว่าโปรตีนพับได้อย่างไรจะเป็นผู้ชนะ ซึ่งในไม่ช้า CASP ก็กลายเป็นมาตรฐานในสนามที่มีการแข่งขันที่ดุเดือดที่สุดแห่งหนึ่งของโลก

และการแข่งขัน CASP13 ในปี 2018 ซึ่งจัดขึ้นที่รีสอร์ตที่มีต้นปาล์มรายล้อมในแคนคูน ประเทศเม็กซิโก มีทีมม้ามืดทีมหนึ่งได้เข้ามาร่วมแข่งขันโดยที่ประสบการณ์ในแวดวงนี้ของพวกเขาแทบจะเป็นศูนย์

ทีมม้ามืดทีมนี้สามารถเอาชนะทีมอื่น ๆ ที่ล้วนแล้วแต่เป็นนักวิจัยที่เก่งกาจในสาขานี้รวมถึงทั้งสิ้น 98 ทีมไปได้อย่างง่ายดาย

และทีมม้ามืดทีมนั้นก็คือทีม DeepMind ซึ่งได้สร้างโปรเจกต์ลับที่มีชื่อว่า AlphaFold โดยเป็นโครงการแฮ็กกาธอนเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ภายในบริษัทเมื่อปี 2016

โปรเจกต์ดังกล่าวทำให้นักวิจัยในแขนงดังกล่าวทั่วโลกต่างอึ้งกับผลลัพท์ที่ทีม ๆ นี้ทำได้ มันเป็นการผสมผสานระหว่างชีววิทยาและคอมพิวเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งมันชี้ชัดให้เห็นว่าทั้ง AI และเทคโนโลยีชีวภาพจะมีความก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดดได้อย่างไร

ทีมอันดับสองในเวลานั้นสามารถทำนายโครงสร้างโปรตีนได้เพียงสามโครงสร้างจาก 43 โครงสร้างเป้าหมายที่ยากที่สุด แต่ผลงานที่ชนะของ AlphaFold นั้นสามารถทำนายได้สูงถึง 25 โครงสร้าง และที่สำคัญมันฉีกหนีคู่แข่งเป็นชิ้น ๆ ด้วยการทำเวลาที่เร็วกว่ามาก ๆ ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงเพียงเท่านั้น

ในการแข่งขันปีนั้นซึ่งเต็มไปด้วยยอดอัจฉริยะด้านเทคโนโลยีชีวภาพจากทั่วโลกที่ฉลาดเป็นกรด แต่ผลงานของ AlphaFold ทำให้ทุกคนต่างตกตะลึงและได้เห็นถึงศักยภาพที่แท้จริงของ AI ตั้งแต่วันนั้นเป็นต้นมา

Mohammed AlQuraishi นักวิจัยที่มีชื่อเสียงในสาขาดังกล่าวนี้ ถึงกับกล่าวว่า “มันเกิดอะไรขึ้น!!!”

ทีมงานของ DeepMind ใช้เทคโนโลยี Neural Network เพื่อทำนายว่าโปรตีนจะพับตัวอย่างไรตาม DNA ของพวกมัน ทำการฝึกฝนชุดของโปรตีนที่รูัจัก โดยแทบจะลืมสิ่งที่นักวิจัยเก่า ๆ ทำมาทั้งหมด

พวกเขาไม่ใช้ความเชี่ยวชาญทางด้านเภสัชกรรม หรือ เทคนิคดั้งเดิมแต่มีความล้าหลัง เช่น กล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอน หรือแม้แต่วิธีการใช้อัลกอริธึมแบบเดิม ๆ ที่สามารถแก้ไขปัญหาได้ แต่สิ่งสำคัญที่ AlphaFold ใช้ก็คือความเชี่ยวชาญและความสามารถด้าน Machine Learning ที่เป็นพื้นฐานของเทคโนโลยี AI โดยนำเทคโนโลยีดังกล่าวมาผสานรวมกับชีววิทยาได้อย่างสมบูรณ์แบบ

สองปีต่อมามีการพาดหัวข่าวใหญ่ในวารสาร Scientific American “ในที่สุดปัญหาใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในด้านชีววิทยาก็ได้รับการแก้ไขแล้ว”

ต้องบอกว่าจักรวาลโปรตีนที่ซ่อนอยู่ก่อนหน้านี้ได้ถูกเปิดเผยด้วยความเร็วอันน่าตกใจเอามาก ๆ AlphaFold ทำให้เทคโนโลยีโบราณก่อนหน้านั้นถูกเลิกใช้อย่างถาวร

มันเป็นเวลากว่าครึ่งทศวรรษที่การม้วนพับของโปรตีนเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ของวงการวิทยาศาสตร์ และทันใดนั้น มันก็ถูกทำลายโดย AlphaFold

ในปี 2022 AlphaFold2 เปิดให้ประชาชนทั่วไปสามารถนำไปใช้ได้ มันเป็นเครื่องมือด้าน Machine Learning ที่มีความล้ำหน้ามากที่สุดในโลกซึ่งถูกใช้งานทั้งในการวิจัยทางชีววิทยาขั้นพื้นฐานและประยุกต์

นักวิจัยมากกว่าหนึ่งล้านคนที่เคยงมเข็มในมหาสมุทรโปรตีนสามารถเข้าถึงเครื่องมือนี้ภายในสิบแปดเดือนหลังจากเปิดตัวรวมถึงห้องปฏิบัติการด้านชีววิทยาชั้นนำของโลกแทบจะทุกแห่ง

โดยเครื่องมือดังกล่าวสามารถตอบคำถามตั้งแต่การดื้อยาปฏิชีวนะไปจนถึงการรักษาโรคยาก ๆ หรือแม้กระทั่งคำถามในเรื่องต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต

การทดลองในยุคโบราณก่อนหน้านี้มีการส่งโครงสร้างของโปรตีนได้ประมาณแค่ 190,000 ชนิดไปยังฐานข้อมูลของสถาบันชีวสารสนเทศของยุโรป หรือประมาณเพียงแค่ 0.1% ของโปรตีนที่มีอยู่

DeepMind ได้อัปโหลดโครงสร้างโปรตีนประมาณ 200 ล้านโครงสร้างได้ในครั้งเดียว ซึ่งเป็นตัวแทนของโปรตีนที่รู้จักเกือบทั้งหมด ในขณะที่เหล่านักวิจัยอาจต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนเพื่อตรวจสอบรูปร่างและหน้าที่ของโปรตีน แต่กระบวนการดังกล่าวของ DeepMind นั้นสามารถทำได้ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที

และนี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการมาบรรจบกันของเทคโนโลยีทั้งสองนี้ การปฏิวัติทางชีวภาพกำลังพัฒนาร่วมกับความก้าวหน้าของ AI และเราจะได้เห็นปัญหาอีกหลายอย่างที่ไม่เคยแก้ปัญหาได้ โดยเฉพาะการรักษาโรคยาก ๆ เช่น มะเร็ง อัลไซเมอร์ หรืออีกหลากหลายโรคที่พรากชีวิตคนที่เรารักไปแบบไม่รู้ตัว ซึ่งผมเชื่อว่าสุดท้ายโรคเหล่านี้มันจะจบลงในรุ่นของเราได้อย่างแน่นอนครับผม

References :
หนังสือ The Coming Wave :  Technology, Power, and the Twenty-first Century’s Greatest Dilemma โดย Mustafa Suleyman
https://th.wikipedia.org/wiki/การม้วนพับโปรตีน
https://cs60052016.blogspot.com/2016/10/brute-force-algorithm.html