ایافناوری های جدیدمیتواندبرکووید19غلبه کنند

- سایت خبری تحلیلی اندیشه ها: آیا نبوغ انسان با کمک فناوری های جدید و نوظهور می تواند بر کووید-19 غلبه کند؟ آیا پردازش سریع تر داده های بیشتر و مرتبط تر و تجزیه وتحلیل شده با مدل های مناسب، بینش بهتری در کاهش شیوع همه گیری های آینده در اختیار ما می گذارد؟ آیا تکنولوژی های نوین در طراحی روش های درمانی مؤثر و ایجاد واکسن های موفق تأثیر مثبتی خواهد داشت؟ در هفته های اخیر نظرات گوناگونی نسبت به به کارگیری تکنولوژی های نوین همچون رایانه های کوانتومی در برخورد با معضل فعلی جهان ما ابراز می شود.

در شرایطی که جهان با بحران پاندمی بیماری کووید-19 دست وپنجه نرم می کند، گروهی از دانشمندان امیدوار هستند که با کمک کامپیوترهای کوانتومی به شبیه سازی دقیقی از مدل سه بعدی این ویروس و تصویرسازی آرایه ها و زوائد اتصالی آن به سلول هدف، دست یافته و روند مقابله با کووید-19 را تسهیل کنند.

این محققان همچنین امیدوار هستند که با دانستن سازوکارهای آنزیمی و عملکردی، رفتار بیوشیمیایی کووید-19 را به درستی مدل سازی کرده و با هدف قرار دادن این سازوکارها، به واکسن یا پادتن مناسبی جهت مقابله با آن دست یابند.

اما این مدل سازی ها چطور می توانند عصای دست دانشمندان باشند؟ اگر هر گیرنده و مولکول بیوشیمیایی را یک قفل در نظر بگیریم، آن گاه می توان با اجتناب از روش های پرهزینه و زمان بر معمول، به مدد هوش مصنوعی برای باز کردن این قفل ها ابتدا شماتیک سه بعدی دقیقی در سطح مولکولی از یک یا چند کلید بهینه ترسیم کرده و پس از آزمودن کارایی هریک از آنها در شبیه سازی های رایانه ای، کلید مناسب (دارو یا واکسن یا پادتن و.

) را به شکل واقعی در آزمایشگاه، ارزیابی و تولید کنیم.

دقت داشته باشید که این گونه مدل سازی های رایانه ای، نیازمند اعمال پروسه های محاسباتی بسیار پیچیده در حجم وسیعی از داده هاست و به قدرت پردازشی بسیار فراتر از حد توانایی رایانه های معمولی نیازمند است.

در نگاه نخست نیاز به این میزان سرعت و توان پردازشی نگاه ها را به سوی ابرکامپیوترها جلب می کند اما متأسفانه بسیاری از دانشمندان این غول های چند میلیارد دلاری را هم در حل بحران فعلی، تقریبا بی استفاده می دانند.

در شرایطی که ابررایانه ها می توانند کارهای بسیار شگفت انگیزی انجام دهند، احتمالا آنها نیز به قدری پیچیده نیستند که ما را در شناخت و گشایش اسرار و رموز عمیقی از طبیعت یاری رسانند که بی تردید در راستای مقابله با ویروس جدید خانواده کروناویروس ها نیازمند دانستن شان هستیم.

اگرچه امروزه در اکثر شرکت های داروسازی، ابررایانه ها مستمرا در تحقیقات جهت یافتن علاجی برای بیماری ها و همین طور شناخت ساختار مولکولی ویروس ها به کار گرفته می شوند، با این حال شیوه پردازش داده در ابررایانه ها مبتنی بر معماری محاسبات کلاسیک است.

در این سبک از معماری محاسباتی، تمام داده ها به صورت یک سری بیت های باینری با ارزش صفر یا یک درمی آیند که منجر به محدودیت توانایی پردازشی آنان می شود .

درحالی که میلیاردها مولکول با ساختارهای گوناگون می توانند عنوان گزینه های احتمالی برای یافتن واکسن یا پادتن مؤثر برای درمان کووید-19 باشند، تنها تعداد انگشت شماری از آنان جواب نهایی و دارویی مناسب و قطعی برای ازمیان برداشتن این معضل را با خود حمل می کنند.

ابررایانه ها با استفاده از سیستم پردازشی دو-دویی خود را در این جنگ خلع سلاح کرده اند و این مسئله بدین سبب است که گروه های مختلفی از محققان در سراسر کره خاکی چشم امید خود را به کامپیوترهای کوانتومی بسته اند تا به کمک آنها بتوانند حداقل بخشی از این شرایط دشوار را تسهیل کنند.

در این شرایط قطعا یک مزیت مهم رایانه های کوانتومی پردازش بسیار سریع آنها حتی نسبت به ابرکامپیوترهاست.

اما در این میان بحث مهم تری هم وجود دارد و آن، عدم الزام به همخوانی صد درصدی در ساختار و عملکرد گیرنده های سلولی و مسیرهای آنزیمی است.

به زبان ساده کلید ما بسته به میزان تطابق با قفل فرضی، می تواند عملکرد نسبی داشته باشد.

به بیان ساده تر در زیست شناسی سلولی، لزوما شرایط صفر و یکی وجود ندارد.

در این راه طیفی از مولکول ها وجود دارند که هر یک، کمی تا قسمتی مؤثر خواهند بود و ما باید در پی اپتیموم آنها باشیم.

مثلا داروهای کنترل اسید معده را در نظر بگیرید.

برای کنترل اسید معده ما باید به مهار گیرنده های هیستامینی بپردازیم.

در ابتدا با شناخت تقریبی ای که از شکل سه بعدی مولکول های گیرنده هیستامینی نوع دو وجود داشت، نسل اولی از داروهای کنترل اسید معده مانند سایمیتیدین تجویز می شد اما این دارو در ساختار سه بعدی خود با گیرنده ها کاملا جفت نمی شد و دوز بالایی از این دارو نیاز بود تا به قدر کافی گیرنده ها را مهار کند.

به مرور و با شناخت بهتری که از ساختار سه بعدی گیرنده های هیستامینی به دست آمد، به این ترتیب داروهای نسل دوم مانند رانیتیدین با ساختاری بهتر در مهار سلول های ترشح اسید معده طراحی شدند.

این داروها با یک پنجم دوز داروهای نسل اول نتیجه مطلوب را ایجاد می کردند.

در متد کلاسیک آزمایشگاهی، پیدا کردن آن شکل مولکولی سه بعدی و بهینه را باید با آزمون و خطا جلو برد و در نتیجه، این کار سال ها اتلاف زمان، انرژی و هزینه به دنبال داشت.

در این میان کامپیوترهای کوانتومی با پردازش طیفی می توانند انواع جواب ها را یکباره مورد سنجش قرار داده و طیفی از نسل های مختلف درمانی را بررسی و پیشنهاد کنند.

وقتی یک تغییر کوچک در چند اتم نتیجه بهتری داد، الگوریتم های هوش مصنوعی با مکانیسم های شبیه فرگشت و ساز وکار انتخاب طبیعی، مولکول های به دردنخور را کنار می گذارند و حالا تغییرات جدید را روی مولکول بهینه، اعمال و امتحان می کنند.

نسل های مختلفی از مولکول ها با جهش های رندم یا جهت دار می توانند در مدل، دستخوش گونه زایی شوند و اَشکال جدیدی از مولکول ها با کارکرد متفاوت را پردازش و معرفی کنند.

نباید از این نکته ظریف غافل شد که در ساخت داروها ما پای در قلمرو مولکولی می گذاریم؛ درست همان جایی که قواعد کلاسیک کم کم رنگ باخته و جای خود را به قوانین عجیب کوانتومی می دهند.

در چنین شرایطی ما تنها با کمک شیوه محاسبات کوانتومی قادر خواهیم بود که مدلی واقع بینانه از مولکول ها و برهم کنش آنان با ویروس ها را به درستی شبیه سازی کنیم.

نیاز به برخورداری از قدرت محاسبات کوانتومی نسبت به معماری سنتی محاسبات کلاسیک را می توان برای دستیابی به مدل های بهینه تر به دلیل گام نهادن در ابعاد ریزذرات امری غیرقابل کتمان خواهد بود.

برای مثال در نظر بگیرید زمانی که دو مولکول یا ترکیب بر هم اثر می کنند، در ساخت یک مدل مناسب از این تأثیر، ابتدا باید بتوانیم نیروهای الکترواستاتیک تعاملی در سطح اتمی را بین آن مولکول ها شبیه سازی کنیم.

در چنین شرایطی ناتوانی ما در انجام محاسبات کوانتومی، مانعی بر آگاهی ما از مقدار این نیروهای الکترواستاتیک شده و در نتیجه امر باید اذعان کرد که آن گاه هرگونه شبیه سازی ما از دقت مناسبی برخوردار نخواهد بود.

با توجه به مسائل بیان شده می توان به اهمیت دستیابی به امکان انجام محاسبات کوانتومی پی برد.

با وجوداین برخی از محققان باور دارند که نسل کنونی کامپیوترهای کوانتومی برای حل بحران فعلی جهان هنوز بسیار نوپا هستند و استفاده از آنها با محدودیت های بسیاری همراه بوده و به این سبب شاید امکان استفاده تمام و کمال از آنها فراهم نباشد اما برخی دیگر امیدوارند که به زودی شاهد تحقق امکان بهره بردن از شیوه محاسبات کوانتومی باشیم و بدین طریق قدرت محاسباتی گسترده ای را فراهم آوریم که به ما امکان دهد ساختارهای مولکولی را در زمان واقعی نقشه برداری کنیم و اسرار پزشکی را حل کرده و به سرعت در شناسایی داروها و درمان های جدید گام مناسبی برداریم.

کلید واژه ها: کوانتومی - تکنولوژی - فناوری - تصویرسازی - دانشمندان - شبیه سازی - سازی - نوین - گیری - جهان - جدید - همه گیری - سه بعدی - پاندمی - رایانه - مقابله - درمانی - اندیشه - محققان - بیماری - برخورد - ویروس - طراحی - بحران - مرتبط - آینده - واکسن - انسان - تسهیل - به به