Nova studija sa Univerziteta u Tel Avivu otkrila je da se poznata praksa informacionih tehnologija može primeniti i na hemiju. Istraživači su otkrili da za poboljšanje uzorkovanja u hemijskim simulacijama, sve što treba da uradite je da zaustavite i ponovo pokrenete.
Istraživanje je vodio dr.sc. student Ofir Blumer, u saradnji sa profesorom Šlomijem Reuvenijem i dr Barakom Hiršbergom sa Hemijske škole Sackler Univerziteta u Tel Avivu. Studija je objavljena u časopisu Nature Communications.
Istraživači objašnjavaju da su simulacije molekularne dinamike poput virtuelnog mikroskopa. Oni prate kretanje svih atoma u hemijskim, fizičkim i biološkim sistemima, kao što su proteini, tečnosti i kristali. Oni pružaju uvid u različite procese i imaju različite tehnološke primene, uključujući dizajn lekova.
Međutim, ove simulacije su ograničene na procese sporije od milionitog dela sekunde i stoga ne mogu opisati sporije procese kao što su savijanje proteina i nukleacija kristala. Ovo ograničenje, poznato kao problem vremenskog okvira, predstavlja veliki izazov na terenu.
Dr. student Ofir Blumer kaže: „U našoj novoj studiji pokazujemo da se problem vremenske skale može prevazići stohastičkim resetovanjem simulacija. Na prvi pogled izgleda kontraintuitivno – kako se simulacije mogu završiti brže kada se ponovo pokrenu? Ipak, ispostavilo se da je ta reakcija vremena značajno variraju između simulacija. U nekim simulacijama reakcije se dešavaju brzo, ali se druge simulacije gube u srednjim stanjima na duge periode. Resetovanje sprečava da se simulacije zaglave u takvim međuproizvodima i skraćuje prosečno vreme simulacije.“
Istraživači su takođe kombinovali stohastičko resetovanje sa Metadinamikom, popularnom metodom za ubrzavanje simulacija sporih hemijskih procesa. Kombinacija omogućava veće ubrzanje od bilo koje metode odvojeno. Štaviše, Metadinamika se oslanja na prethodno znanje: koordinate reakcije moraju biti poznate da bi se ubrzala simulacija.
Kombinacija metadinamike sa resetovanjem značajno smanjuje zavisnost od prethodnog znanja, štedeći vreme praktičarima metode. Konačno, istraživači su pokazali da kombinacija pruža tačnije predviđanje brzine sporih procesa. Kombinovana metoda je korišćena da bi se poboljšale simulacije savijanja proteina u vodi uspešno, a očekuje se da će se primeniti na više sistema u budućnosti.
