JACS Au je upravo objavio pozvanu perspektivu dr Saera Samanipura i njegovog tima o zastrašujućem izazovu mapiranja svih hemikalija oko nas. Samanipour, docent na Van ‘t Hoff institutu za molekularne nauke Univerziteta u Amsterdamu (UvA) vrši inventarizaciju dostupne nauke i zaključuje da trenutno stvarno proaktivno upravljanje hemikalijama nije izvodljivo.
Da bi se zaista uhvatio ukoštac sa ogromnim hemijskim univerzumom koji se širi, Samanipour zagovara upotrebu mašinskog učenja i veštačke inteligencije, dopunjujući postojeće strategije za otkrivanje i identifikaciju svih molekula kojima smo izloženi.
U naučnom žargonu, agregat svih molekula kojima smo izloženi naziva se „ekspozom hemijski prostor“ i on je centralni za Samanipurove naučne poduhvate. Njegova misija je da istraži ovaj ogromni molekularni prostor i mapira ga do najudaljenijih uglova. Pokreće ga radoznalost, ali još više nužda.
Direktno i indirektno izlaganje bezbroj hemikalija, uglavnom nepoznatih, predstavlja značajnu pretnju po ljudsko zdravlje. Na primer, procene su da je 16% globalnih prevremenih smrti povezano sa zagađenjem.
Strada i životna sredina, što se vidi, na primer, u gubitku biodiverziteta. Može se tvrditi, prema Samanipuru, da je čovečanstvo prevazišlo bezbedan operativni prostor za uvođenje hemikalija koje je napravio čovek u sistem planete Zemlje.
„Prilično je nezadovoljavajuće što znamo tako malo o tome“, kaže on. „Mi malo znamo o hemikalijama koje se već koriste, a kamoli da možemo da pratimo nove hemikalije koje se trenutno proizvode brzinom bez presedana.
U prethodnoj studiji, on je procenio da je identifikovano manje od 2% svih hemikalija kojima smo izloženi.
„Način na koji društvo pristupa ovom pitanju je inherentno pasivan i u najboljem slučaju reaktivan. Tek nakon što uočimo neku vrstu uticaja izlaganja hemikalijama, osećamo potrebu da ih analiziramo. Pokušavamo da utvrdimo njihovo prisustvo, njihov uticaj na životnu sredinu i ljude. zdravlja, a mi pokušavamo da utvrdimo mehanizme kojima oni nanose štetu.
„Ovo je dovelo do mnogih problema, a poslednja je kriza sa PFAS hemikalijama. Ali takođe smo videli velike probleme sa usporivačima plamena, PCB-ima, CFC-ima i tako dalje“, dodaje on.
Štaviše, regulatorne mere su pretežno usmerene na hemikalije sa vrlo specifičnom molekularnom strukturom koje se proizvode u velikim količinama.
Samanipur kaže: „Postoji bezbroj drugih hemikalija o kojima ne znamo mnogo. I one nisu samo koje je stvorio čovek; priroda takođe proizvodi hemikalije koje nam mogu naškoditi. Putem čisto prirodnih sintetičkih puteva ili kroz transformaciju hemikalija koje je napravio čovek“.
Naročito je ova druga kategorija sistematski zanemarena prema Samanipuru. „Konvencionalne metode su katalogizirale samo delić ekspozoma, zanemarujući proizvode transformacije i često dajući neizvesne rezultate.
Rad u JACS Au detaljno razmatra najnovije napore u mapiranju hemijskog prostora ekspozoma i razmatra njihove rezultate. Glavno usko grlo je to što je konvencionalna hemijska analiza pristrasna prema poznatim ili predloženim strukturama, pošto je ovo ključno za tumačenje podataka dobijenih analitičkim metodama kao što su hromatografija i masena spektrometrija (GC/LC-HRMS). Tako se zanemaruju „neočekivane“ hemikalije. Ova pristrasnost se izbegava u takozvanoj neciljanoj analizi (NTA), ali čak i tada su rezultati ograničeni.
Tokom proteklih 5 godina, identifikovano je 1600 hemikalija, dok se svake godine oko 700 novih hemikalija uvede samo na tržište SAD.
Samanipur kaže: „Kada uzmete u obzir potencijalne produkte transformacije ovih novih hemikalija, morate zaključiti da je brzina NTA studija suviše spora da bismo mogli da sustignemo. Ovom brzinom, naš hemijski ekspozom će i dalje ostati nepoznat.“
U radu su navedena ova i mnoga druga uska grla u aktuelnoj analitičkoj nauci i predloženi su načini za poboljšanje rezultata. Posebno će upotreba mašinskog učenja i veštačke inteligencije zaista pogurati polje napred, tvrdi Samanipur.
On kaže: „Potreban nam je pristup zasnovan na podacima u nekoliko pravaca. Prvo, trebalo bi da intenziviramo napore prikupljanja podataka kako bismo izvukli informacije iz postojećih hemijskih baza podataka. Već zabeleženi odnosi između strukture, izloženosti i efekta identifikovanih hemikalija dovešće nas do novih uvida. Oni bi, na primer, mogli da pomognu u predviđanju zdravstvenih efekata srodnih hemikalija koje su još uvek neidentifikovane.
„Drugo, moramo da izvršimo retrospektivnu analizu već dostupnih analitičkih podataka dobijenih utvrđenim metodama, proširujući identifikovani hemijski prostor. Tamo ćemo sigurno pronaći molekule koji su do sada bili zanemareni. I treće, možemo koristiti AI da radimo na razumevanju. struktura i obim hemijskog prostora ekspozoma“.
Naravno, sve ovo je veoma složena, zastrašujuća stvar, shvata Samanipur. Ali kao neka vrsta astronauta u molekularnom svemiru – baš kao istraživači činjeničnog univerzuma – neće dozvoliti da ga ta složenost odvrati. „Moramo naporno da radimo da bismo se pozabavili ovim. Nemam iluzije da ćemo tokom moje naučne karijere moći u potpunosti da nacrtamo ekspozom hemijski prostor. Ali imperativ je da se suočimo sa njegovom složenošću, razgovaramo o tome i preduzmemo prve korake ka dobijanju da se nosi sa tim“, dodaje on.
