গত এক দশকে ম্যাক্রোমলিকিউলের ত্রিমাত্রিক গঠন নির্ণয়ের ক্ষেত্রে বিজ্ঞান দুটি যুগান্তকারী বিপ্লবের সাক্ষী হয়েছে: পরীক্ষাগারে ক্রায়ো-ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (Cryo-EM)-এর রেজোলিউশন বিপ্লব এবং কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ক্ষেত্রে ডিপ মাইন্ডের আলফা ফোল্ড (AlphaFold)-এর মাধ্যমে কম্পিউটেশনাল সমাধান।
১. ক্রায়ো-ইএম ও কনট্রাস্ট ট্রান্সফার ফাংশন (CTF)
ক্রায়োজেনিক ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপিতে তরল ইথেনের সাহায্যে প্রোটিনের জলীয় দ্রবণকে সেকেন্ডে $১০^৫$ ডিগ্রি সেলসিয়াস হারে দ্রুত জমিয়ে ফেলা হয় (Vitrification)। এর ফলে বরফের স্ফটিক তৈরি হতে পারে না এবং কাচের মতো স্বচ্ছ অবস্থায় প্রোটিনের স্বাভাবিক ত্রিমাত্রিক রূপ হিমাঙ্কের নিচে সংরক্ষিত থাকে।
যখন তীব্র ইলেকট্রন রশ্মি এই নমুনার মধ্য দিয়ে যায়, তখন মাইক্রোস্কোপের পর্দায় প্রোটিনের ২ডি প্রজেকশন তৈরি হয়। এই চিত্রে লেন্সের ত্রুটির কারণে কনট্রাস্ট ট্রান্সফার ফাংশন (CTF) তৈরি হয়:
[
text{CTF}(mathbf{k}) = -A(mathbf{k}) sinleft( pi lambda Delta z |mathbf{k}|^2 + frac{pi}{2} C_s lambda^3 |mathbf{k}|^4 right)
]
গাণিতিক অ্যালগরিদমের মাধ্যমে এই সাইন-তরঙ্গের পর্যায়ক্রমিক পরিবর্তন সংশোধন (Phase Flipping) করে লক্ষাধিক এলোমেলো ২ডি ছবি থেকে ৩ডি কাঠামো পুনর্গঠন করা হয়।
২. প্রজেকশন-স্লাইস উপপাদ্য ও ফুরিয়ার শেল কোরিলেশন (FSC)
দ্বিমাত্রিক ছবি থেকে ত্রিমাত্রিক রূপ তৈরির মূল ভিত্তি হলো সেন্ট্রাল স্লাইস উপপাদ্য (Fourier Slice Theorem): কোনো ৩ডি ঘনত্বের ২ডি প্রজেকশনের ফুরিয়ার রূপান্তর হলো ৩ডি ফুরিয়ার স্থানের একটি কেন্দ্রীয় সমতল ছেদক।
চূড়ান্ত ৩ডি কাঠামোর নির্ভুলতা পরিমাপ করা হয় ফুরিয়ার শেল কোরিলেশন (FSC)-এর মাধ্যমে:
[
text{FSC}(k) = frac{sum F_1 cdot F_2^*}{sqrt{sum |F_1|^2 sum |F_2|^2}}
]
আন্তর্জাতিক নিয়ম অনুযায়ী যেখানে $text{FSC} = 0.143$ স্পর্শ করে, সেটিই হলো কাঠামোর রেজোলিউশন সীমা।
৩. আলফা ফোল্ড ২: ইভোফর্মার ও ইনভ্যারিয়েন্ট পয়েন্ট অ্যাটেনশন
২০২০ সালে CASP14 প্রতিযোগিতায় ডিপমাইন্ডের আলফা ফোল্ড ২ প্রোটিন অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রম থেকে ৩ডি গঠন অনুমানের ৫০ বছরের অমীমাংসিত চ্যালেঞ্জ সমাধান করে:
- ইভোফর্মার (Evoformer): লক্ষ লক্ষ প্রোটিনের বিবর্তনীয় কো-মিউটেশন (MSA) বিশ্লেষণ করে কোন দুটি অ্যামিনো অ্যাসিডের মধ্যে স্থানিক দূরত্ব কম তা ত্রিভুজ অসমতা ($d_{ik} le d_{ij} + d_{jk}$) বজায় রেখে নির্ভুলভাবে শনাক্ত করে।
- ইনভ্যারিয়েন্ট পয়েন্ট অ্যাটেনশন (IPA): প্রোটিন ব্যাকবোনকে ত্রিমাত্রিক স্থানে অনমনীয় রোটেটিং ফ্রেম হিসেবে গণনা করে যা ত্রিমাত্রিক ঘূর্ণন ও স্থানান্তরের নিয়মে নিখুঁতভাবে অপরিবর্তনশীল (SE(3) Equivariance)।
৪. পি-এলডিডিটি (pLDDT) এবং পিএই (PAE) ম্যাট্রিক্স
আলফা ফোল্ডের পূর্বাভাসের বিশ্বস্ততা যাচাই করা হয় pLDDT স্কোরের মাধ্যমে। ৯০ এর অধিক স্কোর পারমাণবিক স্তরের নিখুঁত গঠন নির্দেশ করে, আর ৫০ এর নিচের স্কোর প্রোটিনের প্রাকৃতিকভাবে অসংগঠিত অংশ (IDR) প্রকাশ করে।
