Pokazał, że można komputerowo planować syntezę związków organicznych. Stworzył oprogramowanie, które znalazło już zastosowanie w globalnych firmach chemicznych i farmaceutycznych. Prof. Bartosz Grzybowski otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2022 w obszarze nauk chemicznych i o materiałach.
Twórca algorytmicznej metodyki planowania syntezy chemicznej kieruje zespołami badawczymi w Instytucie Chemii Organicznej PAN w Warszawie i w Ulsan National Institute of Science and Technology w Republice Korei
FNP uhonorowała jego odkrycia w obszarze komputerowo zaplanowanej syntezy organicznej oraz wykorzystania sztucznej inteligencji do przewidywania przebiegu reakcji chemicznych i odkrywania nowych związków, które mogą znaleźć zastosowanie jako leki.
Jak wyjaśnia Fundacja w opisie dokonań laureata nagrody, naukowiec założył kilka start-upów o łącznej kapitalizacji około miliarda dolarów. Jego aktualne zainteresowania badawcze skupiają się wokół wspomaganej komputerowo syntezy chemicznej, sztucznej inteligencji stosowanej w chemii organicznej oraz odkrywaniu nowych reakcji i nowych leków.
NAJPROSTSZA I NAJTAŃSZA DROGA DO ZWIĄZKU CHEMICZNEGO
Prof. Grzybowski stworzył programy Chematica oraz Allchemy oparte o teorię sieci, sztuczną inteligencję i głębokie uczenie maszynowe, jak również elementy chemii kwantowej. Oprogramowanie gromadzi i uczy się ogromnej liczby typów reakcji chemicznych i ich powiązań, a następnie znajduje optymalne ścieżki syntezy pożądanych związków.
Dzięki dostępowi do katalogów firm produkujących związki chemiczne, algorytmy te m.in. wskazują drogę najprostszej syntezy konkretnego złożonego związku z tanich i łatwo dostępnych substratów. Potrafią też zaplanować syntezy bardzo skomplikowanych i nigdy przedtem nieotrzymanych związków naturalnych, a dla wcześniej syntezowanych cząsteczek, potrafią wskazać rozwiązania „obchodzące” istniejące patenty.
To, w ocenie FNP, prawdziwy przełom w tej dziedzinie – metodyka opracowana przez prof. Grzybowskiego otwiera skuteczne i wydajne drogi otrzymywania cząsteczek chemiczynych. Chematica i Allchemy to swojego rodzaju „kolektywny mózg chemiczny”, który nie tylko planuje optymalne ścieżki syntezy, ale znajduje też reakcje typu „one-pot”, czyli zachodzące w jednym naczyniu reakcyjnym. Sprzyja to ekonomizacji całego procesu.
WDROŻENIA W PRZEMYŚLE
Prof. Bartosz Grzybowski eksperymentalnie pokazał, że można automatycznie planować syntezę związków organicznych, co jest - jak podkreślają autorzy materiału prasowego - osiągnięciem o zdecydowanie większym znaczeniu, niż tylko akademickim. Oprogramowanie stworzone przez prof. Grzybowskiego i kierowany przez niego zespół w ICHO PAN znalazło już zastosowanie w przemyśle i jest obecnie wykorzystywane w co najmniej 30 globalnych firmach chemicznych i farmaceutycznych.
Dzięki metodologii opracowanej przez profesora będzie można szukać realnych i opłacalnych dróg otrzymywania farmaceutyków. Kilka zaprojektowanych w ten sposób syntez oczekuje już na zatwierdzenie przez amerykańską Food and Drug Administration do wykorzystania w zrobotyzowanej produkcji leków na COVID-19.
Synteza jest planowana tak, by w jak największym stopniu wykorzystać odpady z jednych procesów jako materiały do innych. Oprogramowanie wpisuje się w światowe zapotrzebowanie na „chemię zieloną” i „chemię zamkniętego obiegu”.
PROGRAMY JAK ODKRYWCY
Algorytmy stworzone przez laureata Nagrody FNP nie ograniczają się tylko do planowania syntez z użyciem już istniejącej wiedzy chemicznej (znanych już typów reakcji). Odpowiednio poinstruowane maszyny potrafią uczyć się tzw. kroków mechanistycznych, które odwzorowują elementarne ruchy elektronów, będące podstawą każdej reakcji chemicznej. Łącząc takie elementarne kroki, algorytm Allchemy jest w stanie odkrywać zupełnie nowe typy reakcji.
Walidacje laboratoryjne potwierdziły, że planowane przez algorytmy ścieżki syntez czy nowe reakcje faktycznie zachodzą z dobra wydajnością. Stworzone przez prof. Grzybowskiego programy Chematica i Allchemy zbiegają się z szybkim rozwojem wykorzystania sztucznej inteligencji w chemii i materiałoznawstwie. Są to osiągnięcia interdyscyplinarne, w których chemia spotyka się z zaawansowaną matematyką, teorią kwantowa, biologią, farmacją i inżynierią oprogramowania.
***
Bartosz Grzybowski urodził się w 1972 roku w Gdyni. W 1995 roku ukończył studia chemiczne na Uniwersytecie Yale w Stanach Zjednoczonych, a następnie w 2000 roku doktoryzował się na Uniwersytecie Harvardzkim, także w USA. Przez kolejne lata pracował w Stanach Zjednoczonych na coraz wyższych stanowiskach naukowych na Uniwersytetach Harvarda i Northwestern. W 2014 roku objął stanowisko profesora (Distinguished Profesor) chemii w UNIST – Ulsan National Institute of Science and Technology i został kierownikiem grupy badawczej w Instytucie Nauk Podstawowych (IBS, Institute for Basic Science) w Korei. Jednocześnie od 2014 roku prof. Grzybowski nadzoruje prace laboratorium badawczego w Instytucie Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie.
Został wyróżniony m.in.: Nagrodą Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (American Chemical Society Division of Colloid and Surface Chemistry Unilever Award), Nanoscience Prize, Nagrodą Feynmana w kategorii nanotechnologii, Nagrodą Miękkiej Materii Królewskiego Towarzystwa Chemicznego w Londynie, Pew Fellowship, Sloan Fellowship i Nagrodą NIH ASPIRE. W 2015 roku został członkiem brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Chemicznego. Reprezentował Polskę na 23. Kongresie Solvaya, jako pierwszy polski wykładowca od czasu Marii Skłodowskiej-Curie. W 2023 roku został zaproszony do wygłoszenia wykładu plenarnego na Światowym Kongresie Chemii – IUPAC World Chemistry Congress w Paryżu. Profesor jest autorem prawie 300 prac z dziedziny chemii, fizyki i biologii, które były cytowane ponad 32 tys. razy (indeks Hirscha 81). To jeden z największych dorobków naukowych, jakim może pochwalić się polski naukowiec.
***
Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej zostały przyznane po raz 31. Obok prof. Bartosza Grzybowskiego w 2022 r. laureatami zostali również prof. Marcin Nowotny i prof. Adam Łajtar. Wyróżnienia są przyznawane za szczególne osiągnięcia i odkrycia naukowe, które przesuwają granice poznania i otwierają nowe perspektywy poznawcze, wnoszą wybitny wkład w postęp cywilizacyjny i kulturowy naszego kraju oraz zapewniają Polsce znaczące miejsce w podejmowaniu najbardziej ambitnych wyzwań współczesnego świata. Wysokość nagrody wynosi 200 tys. zł.
PAP - Nauka w Polsce
kol/ ekr/
Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.
