Işıkla tetiklenen moleküler reaksiyonların tahmini; oldukça zaman alıcı ve dolayısıyla maliyetlidir.
Bu soruna çözüm olarak; Viyana Üniversitesi Kimya Fakültesi’nden Philipp Marquetand liderliğindeki bir ekip; ışığa bağlı süreçlerin simülasyonunu büyük ölçüde hızlandıran, yapay sinir ağlarını kullanan bir yöntem sundu. Yöntem; karsinojenezin* ilk aşamaları veya maddenin yaşlanma işlemleri gibi biyolojik işlemlerin daha iyi anlaşılması için yeni olanaklar sağlar.
Teorik Kimya Enstitüsü Bilim İnsanı Philipp Marquetand: “Bu çalışmada, Viyana ve Berlinli araştırmacılar; yapay zekanın etkili fotodinamik simülasyonları nasıl sağladığını göstermektedir. Fotosentez, insan görsel algısı veya cilt kanseri gibi foto-kaynaklı süreçleri anlamak için; moleküllerin UV ışığının etkisi altında hareketini anlamamız gerekir. Klasik mekanik hesaplamalara ek olarak, hesaplama açısından oldukça fazla olan kuantum mekaniğine de ihtiyacımız var. ”
Önceki yöntemlerle, araştırmacılar; yalnızca birkaç saniyelik hesaplama süreleriyle, pikosaniye aralığında (1 pikosaniye = 0.000 000 000 001 saniye) foto-indüklenmiş en hızlı süreçleri tahmin edebildiler. Yeni yöntem ise; daha az hesaplama süresiyle, bir nanosaniye (1.000 pikosaniye) aralığında, daha uzun süreler boyunca simülasyon yapmak için yapay zekayı kullanır.
Sinir Ağlarını Öğrenmek
Yaklaşımlarında, araştırmacılar; yapay sinir ağları, yani beynimizin işleyişini taklit eden matematiksel modeller kullanır.
Araştırmanın bir parçası olarak, araştırmacılar; görsel süreçlerimizi mümkün kılan molekül retinalinin yapı taşı olan ”metilenimonyum katyon” denilen bir test molekülünün fotodinamik simülasyonlarını gerçekleştirdiler.
Doktora Öğrencisi Julia Westermayr: “İki aylık hesaplamanın ardından, bir nanosaniye için reaksiyonu yeniden üretebildik; önceki yöntemlere dayanarak, simülasyon yaklaşık 19 yıl sürecekti.”
İspat
Philipp Marquetand: “Nanosaniye aralığında fotokimyasal işlemlerin çoğunluğu gerçekleşiyor: Stratejimizle yeni bir tahmin boyutuna giriyoruz. Prensip olarak sunduğumuz yaklaşım, DNA yapı taşları da dahil olmak üzere geniş bir dizi daha küçük moleküle uygulanabilir. ”
Bir sonraki adımda, araştırmacılar; amino asit tirozini tarif etmek için, yöntemlerini kullanmak isterler. Tirozin; çoğu proteinde ortaya çıkar ve ışığın etkisiyle zarar gördükten sonra körlüğün ve cildin yaşlanmasını arttırdığından şüphelenilir. Çalışma yazarlarına göre, genel olarak sunulan strateji; ışığa duyarlı ilaçlar dahil, her bakımdan ışık kontrollü işlemlerin daha iyi tahminlerini destekleyebilir.
* Karsinojenez (Neoplastik Transformasyon): Karsinojenlerin çoğunlukla sinyal iletim yollarıyla etkileşimi sonucu belirli bir süreçte gelişen ve birbirini izleyen çok basamaklı hücresel değişikliklerin yer aldığı kontrolsüz hücre çoğalmasıdır.
