Сучасні технології вражають своєю швидкістю та масштабом змін, і один із найяскравіших прикладів — використання квантових обчислень для дослідження біологічних молекул. Американські вчені з IBM та Moderna нещодавно здійснили прорив, змоделювавши вторинну структуру молекули мРНК довжиною 60 нуклеотидів — це найдовша послідовність, що коли-небудь піддавалась квантовому моделюванню. Результати цього дослідження відкривають нові горизонти у прогнозуванні структури білків і розвитку вакцин, які базуються на мРНК.
Читайте також: AI Factory в Україні: перша державна інфраструктура штучного інтелекту для цифрової безпеки
Що таке мРНК і чому її структура важлива
мРНК — матрична рибонуклеїнова кислота, ключова молекула у передачі генетичної інформації від ДНК до клітинних рибосом, де синтезуються білки. Сьогодні мРНК є основою для новітніх вакцин, зокрема проти COVID-19, оскільки вона дозволяє організму виробляти специфічні білки для імунної відповіді.
Незважаючи на те, що мРНК складається з одного ланцюга нуклеотидів, вона формує складну вторинну структуру зі згорток і псевдовузлів — особливих складних вигинів, що забезпечують її тривимірну форму. Саме ця структура визначає, як ефективно молекула виконує свої функції, і без точного її прогнозування створити досконалі вакцини дуже складно.
Вирішення складних завдань моделювання за допомогою квантових технологій
Класичні комп’ютерні моделі, включно зі штучним інтелектом, вже досягли значних успіхів у прогнозуванні структури РНК. Проте вони мають обмеження, особливо щодо складних псевдовузлів, які важко відобразити через експоненціальне зростання варіантів згортання з кожним доданим нуклеотидом.
В IBM та Moderna застосували квантові обчислення, які базуються на кубітах — найменших одиницях квантової інформації, здатних працювати паралельно з величезною кількістю варіантів. Використання квантових алгоритмів дозволило вченим моделювати структуру мРНК довжиною 60 нуклеотидів, що перевищує попередній рекорд у 42 нуклеотиди.
Основні переваги квантового моделювання мРНК
- Можливість точнішого врахування складних елементів структури, таких як псевдовузли.
- Використання варіаційного квантового алгоритму, натхненного методами оптимізації ризиків у фінансах, що підвищує якість прогнозів.
- Масштабування обчислень з урахуванням квантових флуктуацій за допомогою сучасних методів виправлення помилок.
- Перспектива збільшення кількості кубітів, що забезпечить моделювання ще довших та складніших послідовностей мРНК.
Що це означає для біомедицини та фармакології?
Вміння точно передбачати структуру молекул мРНК значно полегшить розробку більш ефективних і безпечних вакцин. Адже саме вторинна структура визначає, як мРНК взаємодіє з клітинними механізмами та імунною системою.
Цей прорив відкриває нові можливості не лише для боротьби з вірусними інфекціями, а й для терапії інших хвороб, де мРНК-вакцини і ліки можуть стати революційним рішенням.
Український контекст: що варто знати про квантові обчислення та мРНК
Хоча в Україні поки що квантові комп’ютери перебувають на ранніх етапах впровадження, тенденції світових досліджень мають стимулювати розвиток цієї галузі і у нас. Інвестиції у квантові технології, біоінформатику та фармакологію відкриють нові шляхи для українських вчених і компаній на міжнародному ринку.
Підсумок
Прорив у квантовому моделюванні структури мРНК — це важливий крок до майбутнього медицини, де точність і швидкість аналізу біомолекул будуть визначальними для успіху лікування та профілактики. Квантові обчислення стають надійним інструментом у цій сфері, допомагаючи людству боротися з хворобами більш ефективно.