Milyarlarca yıl önce, basit organik moleküller, Dünya'nın ilkel manzarasında sürükleniyordu — sadece temel kimyasal bileşiklerden ibaretti. Ancak doğal güçler, gezegeni yüz milyonlarca yıl boyunca şekillendirdikçe, bu moleküller etkileşime girmeye ve giderek daha karmaşık şekillerde bağlanmaya başladı. Bu süreçte, muazzam bir şey ortaya çıktı: yaşam.
“Hayat, bir dereceye kadar, büyülü,” diyor hesaplamalı biyolog Sergei Kotelnikov. Basit organik bileşikler, polimerler haline gelir, bunlar da canlı hücreler ve nihayetinde organizmalar oluşturur — bütün, parçalarının toplamından daha büyüktür.
“Bir molekülün nasıl davrandığına dair formüller yazabilirsiniz,” diyor, kuantum mekaniği dünyasına atıfta bulunarak. “Ama yine de, bir şekilde, birkaç büyüklük sırası yukarıda, daha büyük bir ölçekte, böyle bir gizem doğuruyor.”
Kotelnikov, bu biyomoleküllerin, özellikle de her organizmanın temel yapı taşları olan proteinlerin yapısını analiz etmek ve tahmin etmek için modeller oluşturuyor. Bu yıl, MIT'ye katıldı ve Keating Lab'de çalışmak üzere Bilim Okulu Dekanı'nın Doktora Sonrası Bursu'na kabul edildi. Araştırmacılar burada protein yapısı, işlevi ve etkileşimi üzerine odaklanıyor. Makine öğrenimi kullanarak, hedefi tıptan tarıma kadar uzanan potansiyel uygulamalara sahip yeni protein modelleme yöntemleri geliştirmek.
Çözülmesi gereken sorunlara açlık
Kotelnikov, Rusya'nın Abakan şehrinde, Avrasya'nın tam ortasında bulunan küçük bir şehirde büyüdü. Çocukken en sevdiği aktivitelerden biri Lego bloklarıyla oynamaktı.
“Bu, bana sadece talimatları takip etmek yerine yeni şeyler inşa etme cesareti verdi,” diyor. “Her şeyi yapabilirsiniz.”
Kotelnikov'un babası, mühendislik ve ekonomi alanında bir geçmişe sahipti ve sık sık ona matematik problemleriyle meydan okurdu.
“Beynin — bir şeylerin nasıl çalıştığını anlama konusunda bir genişleme hissi duyuyorsunuz ve bu çok tatmin edici bir his,” diyor Kotelnikov.
Bu problem çözme isteği, onu bilim olimpiyatı yarışmalarına katılmaya yönlendirdi ve daha sonra Rusya Bilimler Akademisi yakınında bulunan bilim odaklı bir yatılı okula gitti; burada sık sık bilim insanlarıyla karşılaştı.
“Bir şeker dükkanı gibiydi,” diyor, o dönemi hayatını değiştiren bir deneyim olarak tanımlayarak.
2012'de Kotelnikov, Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'nde fizik ve uygulamalı matematik alanında lisans eğitimine başladı — Rusya'nın ve dünyanın önde gelen STEM üniversitelerinden biri olarak kabul ediliyor — ve burada yüksek lisansını da tamamladı. İşte burada biyoloji devreye girdi.
İstatistiksel fizik dersi sırasında, Kotelnikov “karmaşıklığın ortaya çıkışı” fikriyle ilk kez tanıştı. Bu “gizemli ve çekici biyoloji tezahürü … fiziksel olayı keskinleştiren bu evrim” ile büyülendi ve yaşamı, bugün bildiğimiz şekliyle yaratmak, yönlendirmek ve şekillendirmek için nasıl bir araya geldiğini anlamaya başladı. Yüksek lisansını tamamladığında, hesaplamalı biyoloji alanında sadece yüzeyin altına indiğini fark etti.
2018'de, New York'taki Stony Brook Üniversitesi'nde doktorasına başladı ve protein etkileşimleri ve karmaşık yapıların tahmininde dünyanın önde gelen isimlerinden biri olarak tanınan Dima Kozakov ile çalışmaya başladı.
Hayatın mimarisini incelemek
Proteinler, bir organizmayı inşa eden tuğlalar gibi davranır ve doku onarımından hormon üretimine kadar hemen hemen her hücresel süreci destekler. Bir Lego kulesinin parçaları gibi, yapıları ve etkileşimleri, vücutta gerçekleştirdikleri işlevleri belirler.
Ancak, hastalıklar, proteinlerin alışılmadık şekillerde katlandığında, kıvrıldığında, büküldüğünde veya bağlandığında ortaya çıkar. Tıbbi müdahaleler geliştirmek için, bilim insanları kuleyi parçalar ve her bir parçayı inceleyerek suçluyu bulur ve şekillerini ve eşleşmelerini düzeltir. Şu anda mevcut olan sınırlı deneysel verilerle, Kotelnikov gibi hesaplamalı biyologlar tarafından geliştirilen simülasyonlar, temel anlayışı bilgilendiren ve ilaç keşfi gibi uygulamalar için kritik içgörüler sağlar.
Kozakov'un
