Новини
Машинне навчання допомогло змоделювати білки на квантовому рівні
Технології
Вчені представили новий метод машинного навчання для моделювання того, як фотоактивний білок жовтого кольору (PYP) зазнає змін у своїй структурі менш ніж за трильйонну частку секунди після збудження світлом.
Новий алгоритм з машинним навчанням допоміг вченим змоделювати на квантовому рівні процеси, що відбуваються з білком при впливі світла
Щоб точно зрозуміти біохімічні процеси в природі, такі як фотосинтез у певних бактерій, важливо знати послідовність подій, які відбуваються з молекулами на кожному етапі. Коли світло потрапляє на фотоактивні білки, їх просторова структура змінюється, і ця структурна зміна визначає, як буде вести себе білок в тому чи іншому процесі.
Чому це важливо? Досі було практично неможливо відстежити точну послідовність, в якій відбуваються структурні зміни біомолекул в реакціях. У теорії можна було визначити тільки початковий і кінцевий стан молекули - до і після реакції. Але побачити, що відбувається між початковим і кінцевим станом, не представляється можливим за допомогою сучасних методів.
Якби вдалося створити метод, що дозволяє зазирнути глибше в деталі цих процесів, вчені змогли б, наприклад, краще зрозуміти активовані світлом процеси в білках. У теорії це може дозволити неінвазивно керувати активністю певних білків і не тільки створювати біологічні наномашини, а й лікувати недуги.
Що зробили вчені? Дослідники створили алгоритм з машинним навчанням, який здатний повністю описати динаміку структурних змін білка при переході з початкового стану в кінцевий. Це потребувало розгляду всіх можливих напрямків руху всіх залучених до процесу частинок. У звичайних алгоритмах при такому розрахунку виникають рівняння, які неможливо вирішити.
Однак комп'ютерний аналіз, заснований на машинному навчанні, дозволив авторам виявити закономірності в колективному русі атомів у складній молекулі. Тобто, замість прямого перерахунку всіх станів, програма знайшла «таємні ходи», що дозволяють спростити завдання квантового моделювання.
Стаття про відкриття опублікована в журналі Nature.