A inteligência artificial foi ensinada a reconstruir moléculas a partir dos seus fragmentos.

Cientistas desenvolvem o modelo MOLEXA para reconstruir estruturas moleculares a partir de dados do movimento dos iões

MOLEXA e a reconstrução molecular por explosão coulombiana

Investigadores do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, na Califórnia, juntamente com os seus colaboradores, criaram o modelo generativo de inteligência artificial MOLEXA (abreviatura de Reconstrução de Estrutura Molecular a partir de Imagem de Explosão Coulombiana), capaz de recuperar estruturas moleculares com base em dados sobre o deslocamento de iões após a fragmentação provocada por raios X. Este método, conhecido como visualização por explosão coulombiana, abre novas perspetivas para o estudo das reações químicas.

O estudo mostra como o MOLEXA consegue prever a geometria de moléculas com menos de 10 átomos. Trata-se de um passo relevante para aplicar a técnica a moléculas mais complexas, o que poderá ter impacto significativo na medicina e na indústria.

Os métodos tradicionais, como a microscopia eletrónica, exigem que as moléculas sejam fixadas, o que impede a sua observação em movimento livre. A técnica da explosão coulombiana permite analisar moléculas isoladas, mas, até agora, a sua utilização estava limitada por dificuldades computacionais.

O MOLEXA ultrapassa essas barreiras. O modelo foi treinado com dados obtidos através de simulações que examinaram estruturas moleculares e calcularam o movimento dos iões após a explosão coulombiana. Um processo de treino em duas etapas, que integrou conjuntos de dados precisos e outros maiores, mas menos rigorosos, permitiu reduzir os erros de previsão em 2 vezes.

O modelo foi depois testado com dados experimentais recolhidos no Laser Europeu de Elétrons Livres de Raios X (XFEL). Entre as moléculas analisadas estavam água, tetrafluorometano e etanol. As estruturas reconstruídas corresponderam, na sua maioria, aos dados já conhecidos, o que demonstra a elevada precisão do método.

Num futuro próximo, os investigadores querem ampliar a capacidade do MOLEXA para trabalhar com moléculas maiores e utilizá-lo em experiências temporais, de modo a «criar filmes moleculares que mostrem como as reações químicas evoluem». Isso também ajudará a interpretar os dados obtidos com pulsos de raios X de alta frequência.

A equipa está igualmente a estudar a possibilidade de reconstruir moléculas a partir de dados incompletos, tornando o método mais versátil. Por exemplo, o modelo poderá recuperar moléculas mesmo quando alguns iões não tiverem sido registados pelo detetor.

Se estas metas forem alcançadas, a metodologia poderá ser aplicada na biologia e na química, incluindo o estudo de proteínas complexas com milhares de átomos. Isso abrirá novas possibilidades para investigações ligadas a sistemas de relevância biológica e industrial.