Na química do ensino médio, todos nós aprendemos sobre reações químicas. Mas o que une duas moléculas reagentes? Conforme nos explicado por Einstein, é o movimento aleatório de moléculas inertes impulsionado pelo bombardeio de moléculas de solvente. Se aproximado o suficiente, por acaso, essas moléculas podem reagir.

A captura do movimento de moléculas individuais é realizada por um método conhecido como Espectroscopia de Correlação de Fluorescência (FCS). A pegada? São necessárias muitas detecções de partículas de luz, fótons, emitido por moléculas individuais para obter uma imagem clara do movimento molecular.

Como uma ilustração, pense em uma votação política. A qualquer momento em um ciclo de campanha, as pesquisas são usadas para prever o resultado de uma próxima eleição. Mas quantos eleitores devemos interrogar para obter uma previsão precisa e, considerando como as informações de pesquisa são sensíveis ao tempo, com que rapidez podemos sondar as tendências políticas do país? Perguntar a todos os eleitores em cada estado produziria resultados precisos, mas seria muito caro em tempo e dinheiro. Por razões práticas, precisamos pegar uma amostra de eleitores e explorar de forma eficiente todas as informações contidas nessa amostra. Os eleitores nesta ilustração são nossos proverbiais fótons aqui.

O longo tempo necessário para adquirir dados no FCS é semelhante à estratégia de pesquisa ingênua destacada anteriormente. Leva muito tempo, e a química com que nos preocupamos em aprender pode já ter sido feita. Além disso, expor amostras ao laser por longos períodos de tempo pode resultar no dano fotoquímico das moléculas em estudo, impedindo o uso generalizado de FCS em pesquisas biológicas.

"As técnicas de fluorescência de molécula única revolucionaram nossa compreensão da dinâmica de muitos processos moleculares críticos, mas os sinais são inerentemente ruidosos e os experimentos requerem longos tempos de aquisição, "explicou Márcia Levitus, professor associado da School of Molecular Sciences e do Biodesign Institute.

Este trabalho aproveita novas ferramentas da ciência de dados para fazer com que cada fóton detectado conte e refine nossa imagem do movimento molecular.

"Novas ferramentas matemáticas tornam possível pensar sobre experimentos antigos, mas poderosos, sob uma nova luz, "disse Steve Pressé, autor principal do estudo e professor adjunto do Departamento de Física e da Escola de Ciências Moleculares da ASU na Arizona State University.

Um artigo publicado em Nature Communications por Pressé e colaboradores agora aborda esses problemas usando ferramentas de ciência de dados e, mais especificamente, Não paramétrica bayesiana - um tipo de ferramenta de modelagem estatística até agora amplamente usada fora das ciências naturais. Levitus acrescenta "Estratégias antigas limitavam nossa capacidade de sondar qualquer coisa, exceto processos lentos, deixando um grande número de questões biológicas interessantes envolvendo reações químicas mais rápidas fora de alcance. Agora podemos começar a fazer perguntas sobre os processos resolvidos rapidamente. "