Un nuovo studio dell’Università di Tel Aviv ha scoperto che una pratica nota nell’informatica può essere applicata anche alla chimica. I ricercatori hanno scoperto che per migliorare il campionamento nelle simulazioni chimiche, tutto ciò che devi fare è fermarti e riavviare.
La ricerca è stata guidata dal Ph.D. studente Ofir Blumer, in collaborazione con il professor Shlomi Reuveni e il dottor Barak Hirshberg della Sackler School of Chemistry dell'Università di Tel Aviv. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications .
I ricercatori spiegano che le simulazioni di dinamica molecolare sono come un microscopio virtuale. Tracciano il movimento di tutti gli atomi nei sistemi chimici, fisici e biologici, come proteine, liquidi e cristalli. Forniscono approfondimenti su vari processi e hanno diverse applicazioni tecnologiche, inclusa la progettazione di farmaci.
Tuttavia, queste simulazioni sono limitate a processi più lenti di un milionesimo di secondo e quindi non possono descrivere processi più lenti come il ripiegamento delle proteine e la nucleazione dei cristalli. Questa limitazione, nota come problema dei tempi, rappresenta una grande sfida nel settore.
Dottorato di ricerca Lo studente Ofir Blumer afferma:"Nel nostro nuovo studio, mostriamo che il problema della scala temporale può essere superato mediante il ripristino stocastico delle simulazioni. A prima vista sembra controintuitivo:come possono le simulazioni terminare più velocemente una volta riavviate? Eppure, si scopre che la reazione i tempi variano considerevolmente tra le simulazioni. In alcune simulazioni, le reazioni si verificano rapidamente, ma altre simulazioni si perdono negli stati intermedi per lunghi periodi. Il ripristino impedisce alle simulazioni di rimanere bloccate in tali stati intermedi e riduce il tempo medio di simulazione."
I ricercatori hanno anche combinato il ripristino stocastico con la metadinamica, un metodo popolare per accelerare le simulazioni di processi chimici lenti. La combinazione consente una maggiore accelerazione rispetto a ciascun metodo separatamente. Inoltre, la Metadinamica si basa su conoscenze pregresse:le coordinate della reazione devono essere note per accelerare la simulazione.
La combinazione della metadinamica con il ripristino riduce significativamente la dipendenza dalle conoscenze precedenti, facendo risparmiare tempo ai professionisti del metodo. Infine, i ricercatori hanno dimostrato che la combinazione fornisce previsioni più accurate sulla velocità dei processi lenti. Il metodo combinato è stato utilizzato con successo per migliorare le simulazioni del ripiegamento delle proteine nell'acqua e si prevede che verrà applicato a più sistemi in futuro.
Ulteriori informazioni: Ofir Blumer et al, Combinazione del ripristino stocastico con la metadinamica per accelerare le simulazioni di dinamica molecolare, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44528-w
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Tel-Aviv
