การทดลองการกระเจิงนิวตรอนทำให้นักวิจัยในสหรัฐฯ สามารถระบุตำแหน่งที่แม่นยำของอะตอมไฮโดรเจนในโปรตีน coronavirus ได้เป็นครั้งแรก แนวทางนี้ดำเนินการโดยAndrey Kovalevskyและเพื่อนร่วมงานที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge เผยให้เห็นเบาะแสสำคัญว่าการเชื่อมโยงเกิดขึ้นระหว่างเอนไซม์จำเพาะกับสายโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบของไวรัสได้อย่างไร
การค้นพบของทีมอาจนำไปสู่การออกแบบ
ขั้นสูงของการคำนวณยาเป้าหมายภายในไวรัส SARS-CoV-2 (ซึ่งทำให้เกิด COVID-19) ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการจำลองแบบจะถูกเข้ารหัสบนสายโซ่โมเลกุลโปรตีนที่ทับซ้อนกันสองสาย ในการใช้ข้อมูลนี้ ก่อนอื่นไวรัสต้องแยกสายโซ่เหล่านี้ออกเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่แต่ละตัว สิ่งนี้ต้องการเอ็นไซม์เฉพาะที่เรียกว่าโปรตีเอสหลัก ซึ่งทำปฏิกิริยากับสายโปรตีนที่กลุ่มอะตอมเฉพาะที่เรียกว่า “ไซต์ที่ทำงานอยู่” ปัจจุบัน นักวิจัยตั้งเป้าที่จะลดการทำงานของเอนไซม์เหล่านี้โดยการพัฒนายาตัวยับยั้งที่เกาะติดกับบริเวณที่ออกฤทธิ์อย่างแน่นหนา เพื่อป้องกันปฏิกิริยาต่อไป
การพัฒนาสารยับยั้งเหล่านี้ต้องการความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับตำแหน่งของอะตอมไฮโดรเจนภายในเอนไซม์โปรตีเอสหลัก เนื่องจากอะตอมเหล่านี้กำหนดลักษณะของพันธะไฮโดรเจนระหว่างเอนไซม์และสายโปรตีน โดยปกติ ตำแหน่งของอะตอมในโมเลกุลสามารถกำหนดได้โดยใช้ผลึกเอ็กซ์เรย์ อย่างไรก็ตาม เทคนิคนั้นไม่ไวต่อไฮโดรเจน ดังนั้นทีมจึงใช้การกระเจิงของนิวตรอนแทน ประโยชน์อีกประการของการกระเจิงนิวตรอนคือไม่เหมือนกับเทคนิค X-ray ที่ไม่ทำให้ตัวอย่างเสียหายจากการแผ่รังสี
ผู้เล่นหลักอะตอมในโปรตีนครึ่งหนึ่งเป็นไฮโดรเจน
อะตอมเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการทำงานของเอนไซม์และมีความสำคัญต่อการผูกมัดของยา” Kovalevsky อธิบาย “ถ้าเราไม่รู้ว่าไฮโดรเจนเหล่านั้นอยู่ที่ไหน และประจุไฟฟ้ากระจายไปในโปรตีนอย่างไร เราไม่สามารถออกแบบสารยับยั้งที่มีประสิทธิภาพสำหรับเอนไซม์ได้” ฟิสิกส์ช่วยทำสงครามกับโควิด-19 ได้อย่างไร
การใช้เครื่องมือที่ Spallation Neutron Sourceของ ORNL นักวิจัยได้กำหนดโครงสร้างที่แม่นยำของเอนไซม์โปรตีเอสหลักของไวรัส และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับโครงสร้างที่ได้จากผลึกเอ็กซ์เรย์ ในขณะที่ตำแหน่งของอะตอมไฮโดรเจนสามารถอนุมานได้จากข้อมูลเอ็กซ์เรย์เท่านั้น การกระเจิงของนิวตรอนทำให้ Kovalevsky และเพื่อนร่วมงานสามารถกำหนดตำแหน่งของพวกมันเพื่อความละเอียดของอะตอม สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถระบุประจุไฟฟ้าได้ เช่นเดียวกับเครือข่ายของพันธะไฮโดรเจนที่สลับซับซ้อนทั่วทั้งไซต์แอคทีฟของเอนไซม์
ตอนนี้ทีมงานเป็นคนแรกที่กำหนดโครงสร้างที่แน่นอนของโปรตีน coronavirus ผลการวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีที่ไวรัส SARS-CoV-2 ทำซ้ำ และจะให้ข้อมูลที่สำคัญสำหรับการออกแบบเชิงคำนวณของยาตัวยับยั้งที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการกำหนดเป้าหมายสภาพแวดล้อมที่เป็นไฟฟ้าสถิตของเอนไซม์โปรตีเอสหลัก หากสร้างขึ้น ยาดังกล่าวอาจกลายเป็นส่วนสำคัญของความพยายามทั่วโลกในการควบคุมการแพร่กระจายของไวรัสในไม่ช้า
รุ่น Haldaneนักวิจัยได้ทดสอบวิธีการของพวกเขา
กับข้อมูลจำลองจากระบบที่มีการเปลี่ยนเฟสที่เรียกว่าแบบจำลอง Haldane เป็นระบบโครงตาข่ายหกเหลี่ยมที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดกับเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด sublattices รูปสามเหลี่ยมสองอันของมันสามารถเซในพลังงานได้ เมื่อปริมาณการส่ายผ่านค่าวิกฤต ระบบจะเปลี่ยนเฟสจากเฟสทอพอโลยีเป็นเฟสปกติ
เพื่อทดสอบความสามารถของแผนที่การแพร่กระจาย พวกเขาใช้การกระตุ้นสถานะจำนวนมากแทนที่จะใช้ที่ขอบ ตำแหน่งการเปลี่ยนเฟสในพื้นที่พารามิเตอร์ที่พบโดยแผนที่การแพร่กระจายตรงกับตำแหน่งทางทฤษฎี การใช้สถานะจำนวนมากสำหรับการตรวจจับอาจมีประโยชน์สำหรับระบบที่ไม่มีขอบที่กำหนดไว้อย่างดี เช่น เมฆอะตอมเย็น หรือระบบที่ขอบเข้าถึงหรือควบคุมได้ยาก พวกเขายังตรวจสอบระบบโดยใช้ลักษณะเฉพาะของระบบเพียงอันเดียวเพื่อแสดงว่าขั้นตอนทำงานได้แม้จะมีข้อมูลจำกัด
ความแพร่หลายของวัสดุทอพอโลยีเปิดเผยในแคตตาล็อกที่มีสารหลายพันชนิดหลังจากใช้ข้อมูลจำลองแล้ว นักวิจัยได้ใช้ข้อมูลจริงจากการทดลองท่อนำคลื่นคู่ เมื่อไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับระบบหรือแหล่งกำเนิดเสียง อัลกอริธึมสามารถค้นหา “จุดยอด” ในข้อมูล ซึ่งเป็นลายเซ็นที่มีการเปลี่ยนเฟส พวกเขายังสังเกตเห็นจุดยอดที่อ่อนแอกว่าซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเฟสอื่นที่ไม่ได้พิจารณาในแบบจำลองทางทฤษฎี ด้วยข้อมูลเชิงลึกนี้ นักวิจัยจึงสามารถระบุกระบวนการที่มีลำดับสูงกว่าซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว
เครื่องมือแมชชีนเลิร์นนิงยังช่วยนักวิจัยในการตีความข้อมูลจำนวนมากที่สร้างขึ้นจากการทดลองสมัยใหม่ด้วยระดับความเป็นอิสระหลายระดับ วิธีการแพร่กระจายแผนที่เป็นชนิดของอัลกอริธึมการเรียนรู้ที่หลากหลาย ซึ่งพยายามค้นหาการแสดงข้อมูลในมิติที่ต่ำกว่า ตัวอย่างง่ายๆ ของการลดขนาดคือของเส้นที่วาดบนระนาบ 2 มิติ – ในขณะที่ดูเหมือนว่าเราต้องการพิกัดสองตัวเพื่อระบุจุดบนเส้น ในความเป็นจริง มันเป็นเพียงวัตถุ 1 มิติหรือ “หลากหลาย” ที่ฝังอยู่ใน 2 มิติ ช่องว่าง
เฟสทอพอโลยีได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นในสสารควบแน่นและระบบออปติคัล เนื่องจากสัมพันธ์กับปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แข็งแกร่ง ในระยะเหล่านี้ คุณสมบัติบางอย่าง เช่น การเคลื่อนย้ายขอบหรือการนำไฟฟ้ายังคงไม่ได้รับผลกระทบ แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของระบบหรือทำให้เกิดความไม่สมบูรณ์และความผิดปกติประเภทอื่นๆ
ในอดีต นักวิทยาศาสตร์ได้ลองใช้โครงข่ายประสาทเทียมหรือวิธีการเรียนรู้แบบไม่มีผู้ดูแลเพื่อระบุการเปลี่ยนเฟสในข้อมูลการทดลอง แต่วิธีการเหล่านี้ต้องการข้อมูลที่ฝึกได้หรือความรู้เกี่ยวกับการตั้งค่าการทดลอง ในทางกลับกัน วิธีการแพร่กระจายแผนที่ไม่จำเป็นต้องมีความรู้ล่วงหน้า และได้รับการออกแบบมาโดยเนื้อแท้เพื่อดึงคุณลักษณะที่ไม่ใช่ของท้องถิ่นในข้อมูล
Credit : cialisonlinegenericcialistyh.com civilaircraftregisters.org cocktailz.org collectifpolaire.org collective2012.com
