Едно уравнение може да обясни онова, над което суперкомпютрите се чудят от десетилетия

Изследователи от университета в Орегон направиха важна стъпка напред в моделирането на движението на големи молекули като протеини, ДНК и дори пластмаси. Извършването на точни изчисления за такива системи е изключително трудно дори за най-мощните суперкомпютри, но сега, благодарение на нова математическа формула, разработена от докторанта Джеси Хол, задачата е много по-лесна.

Формулата, публикувана в списанието Physical Review Letters подобрява точността на така наречените груби модели, които се използват за симулиране на молекулярни процеси. Тези модели опростяват структурите, позволявайки на учените да извършват изчисленията по-бързо и по-евтино, но досега те страдаха от един проблем – не описват точно триенето, което възниква при движението на молекулите в течност, а без правилно отчитане на триенето е невъзможно надеждно да се моделира поведението на молекулите в реалността.

Хол и неговият научен ръководител Марина Гуенца намират начин да опишат както вътрешните вибрации на молекулата, така и движението ѝ в течността – едновременно, в рамките на едно уравнение. Преди това са били използвани различни приблизителни методи, най-вече основани на класическата формула на Айнщайн, която свързва подвижността на частица с нейната дифузия, но те не даваха пълна картина.

„Създадохме по-универсална форма на отношението на Айнщайн, която ни позволява да адаптираме изчисленията към конкретна система и да получим по-надеждни резултати.“

обяснява Хол

Неговата формула е първият инструмент, който отчита едновременно и двата аспекта на триенето, а не само един от тях.

Това откритие е особено важно за биофизиката и химията: то ще ни помогне да разберем как точно протеините и ДНК взаимодействат помежду си, как възникват мутациите и как молекулите се „сглобяват“ в сложни биомеханизми. Тези знания могат да бъдат полезни при разработването на нови лекарства, диагностицирането на заболявания, свързани с грешки в репликацията на ДНК и дори при създаването на нови устойчиви материали.

„Когато имаме добър модел, можем да променим структурата на молекулите на компютър и да видим как това се отразява на работата им. Това е като да имаш лаборатория в симулация.“

добавя Гуенца

Въпреки че работата на Хол е все още до голяма степен теоретична, той е уверен, че резултатите му ще се превърнат в практически инструмент, който ще може да се използва от други учени в различни области – от медицината до материалознанието.