Prof. Bartosz Grzybowski_fot. Magdalena Wiśniewska-Krasińska_Archiwum FNP poziom

Prof. Bartosz Grzybowski z Instytutu Chemii Organicznej PAN w Warszawie i Ulsan National Institute of Science and Technology w Ulsan w Republice Korei otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2022 w obszarze nauk chemicznych i o materiałach za opracowanie i empiryczną weryfikację algorytmicznej metodyki planowania syntezy chemicznej.

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.

Prof. Bartosz Grzybowski został jak dotąd wyróżniony kilkunastoma najważniejszymi amerykańskimi i europejskimi nagrodami naukowymi dla najwybitniejszych chemików 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.

Prof. Bartosz Grzybowski 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.

Ambicją prof. Bartosza Grzybowskiego jest przekuwanie nauki w praktyczne zastosowania, dlatego założył kilka firm – start-upów o łącznej kapitalizacji około miliarda dolarów.

Aktualne zainteresowania badawcze prof. Grzybowskiego skupiają się wokół wspomaganej komputerowo syntezy chemicznej, sztucznej inteligencji stosowanej w chemii organicznej oraz odkrywaniu nowych reakcji i nowych leków.

***

Najbardziej wpływowe, spośród dotychczasowych odkryć prof. Bartosza Grzybowskiego dotyczą komputerowo zaplanowanej syntezy organicznej oraz wykorzystania sztucznej inteligencji do przewidywania przebiegu reakcji chemicznych i odkrywania nowych związków, mogących znaleźć zastosowanie jako leki. Za to osiągnięcie prof. Grzybowski został uhonorowany Nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2022.

Prof. Grzybowski był jednym z pierwszych naukowców na świecie, zajmujących się chemią organiczną, który uznał, że nadszedł czas na wykorzystanie metod obliczeniowych i opracowanie narzędzi, które mogą przewidzieć realne i wyraźnie lepsze drogi do syntezy trudnych cząsteczek organicznych. Ideę tę rozwijał przez kilkanaście lat, od czasów doktoratu na Uniwersytecie Harvarda, efektem czego było stworzenie, opartego o teorię sieci, sztuczną inteligencję i głębokie uczenie maszynowe (deep learning), jak również elementy chemii kwantowej oprogramowania Chematica oraz Allchemy. To programy, które gromadzą i uczą się ogromnej liczby typów reakcji chemicznych i ich powiązań, a następnie znajdują optymalne ścieżki syntezy pożądanych związków. Dzięki dostępowi do katalogów firm produkujących związki chemiczne, algorytmy te są m.in. w stanie wskazać 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 prawdziwy przełom w tej dziedzinie – metodyka opracowana przez prof. Grzybowskiego prowadzi do osiągnięcia pożądanego celu, jakimi są skuteczne i wydajne drogi otrzymywania cząsteczek, których synteza w innym przypadku wydawałaby się prawie niemożliwa. 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.

Prof. Bartosz Grzybowski zbudował systemy Chematica i Allchemy i eksperymentalnie pokazał, że możliwe jest komputerowe, automatyczne planowanie syntezy związków organicznych, co jest 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.

Największymi, praktycznymi wartościami opracowanej przez prof. Bartosza Grzybowskiego metodologii, będzie, i w pewnym stopniu już jest, znalezienie realnych i opłacalnych dróg otrzymywania skutecznych i wysokiej jakości farmaceutyków do leczenia obecnie nieuleczalnych chorób. Kilka zaprojektowanych w ten sposób syntez oczekuje już na zatwierdzenie przez amerykańską Food and Drug Administration do wykorzystania w zrobotyzowanej produkcji leków do zastosowania w leczeniu COVID-19. Drugim, równie ważnym, zastosowaniem jest planowanie syntez, tak by w jak największym stopniu wykorzystać odpady z jednych procesów jako materiały do innych – w ten sposób wpisując się w światowe zapotrzebowanie na „chemię zieloną” i „chemię zamkniętego obiegu”.

Dodatkowo, 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.

Co ważne, badania nad wszystkimi tymi aspektami są poparte walidacjami laboratoryjnymi – badaniami, które potwierdziły, że planowane przez algorytmy ścieżki syntez czy nowe reakcje faktycznie zachodzą z dobra wydajnością.

Stworzone przez prof. Grzybowskiego programy Chematica i Allchemy to wybitne odkrycia, odpowiadające na najbardziej aktualne wyzwania naszych czasów, ponieważ zbiegają się z szybkim rozwojem wykorzystania sztucznej inteligencji zarówno w chemii, jak i materiałoznawstwie. Są to też osiągnięcia na wskroś interdyscyplinarne, w którym chemia spotyka się z zaawansowaną matematyką, teorią kwantowa, biologią, farmacją i inżynierią oprogramowania.

 

Fot. Magdalena Wiśniewska-Krasińska

Cofnij