En la química de la escuela secundaria, todos aprendimos sobre las reacciones químicas. Pero, ¿qué une a dos moléculas que reaccionan? Como nos explicó Einstein, es el movimiento aleatorio de moléculas inertes impulsado por el bombardeo de moléculas de solvente. Si se acercan lo suficiente, por casualidad, estas moléculas pueden reaccionar.

La captura del movimiento de moléculas individuales se logra mediante un método conocido como espectroscopia de correlación de fluorescencia (FCS). ¿La captura? Se necesitan muchas detecciones de partículas de luz, fotones, emitida por moléculas individuales para obtener una imagen clara del movimiento molecular.

Como una ilustracion, piense en una encuesta política. En cualquier momento del ciclo de una campaña, Las encuestas se utilizan para predecir el resultado de las próximas elecciones. Pero, ¿cuántos votantes debemos interrogar para obtener una predicción precisa y, dado lo urgente que es la información de las encuestas, ¿Con qué rapidez podemos sondear las inclinaciones políticas de la nación? Preguntar a todos los votantes en todos los estados arrojaría resultados precisos pero sería demasiado costoso en tiempo y dinero. Por razones practicas, necesitamos tomar una muestra de votantes y explotar eficientemente toda la información contenida en esa muestra. Los votantes en esta ilustración son nuestros fotones proverbiales aquí.

El largo tiempo necesario para adquirir datos en FCS es como la estrategia de encuesta ingenua que se destacó anteriormente. Toma demasiado tiempo y la química que nos importa aprender puede que ya esté lista. Es más, exponer muestras al láser durante largos períodos de tiempo puede resultar en el daño fotoquímico de las moléculas en estudio, prevenir el uso generalizado de FCS en la investigación biológica.

"Las técnicas de fluorescencia de una sola molécula han revolucionado nuestra comprensión de la dinámica de muchos procesos moleculares críticos, pero las señales son inherentemente ruidosas y los experimentos requieren largos tiempos de adquisición, "explicó Marcia Levitus, profesor asociado de la Facultad de Ciencias Moleculares y del Instituto de Biodiseño.

Este trabajo aprovecha las nuevas herramientas de la ciencia de datos para hacer que cada fotón detectado cuente y refine nuestra imagen del movimiento molecular.

"Las nuevas herramientas matemáticas permiten pensar en experimentos antiguos pero poderosos bajo una nueva luz, "dijo Steve Pressé, autor principal del estudio y profesor adjunto en el Departamento de Física y la Facultad de Ciencias Moleculares de ASU en la Universidad Estatal de Arizona.

Un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza de Pressé y colaboradores ahora aborda estos problemas utilizando herramientas de ciencia de datos y, más específicamente, No paramétricos bayesianos:un tipo de herramienta de modelado estadístico que hasta ahora se utiliza en gran medida fuera de las ciencias naturales. Levitus agrega:"Las viejas estrategias limitaban nuestra capacidad para probar cualquier cosa que no fueran procesos lentos, dejando fuera de nuestro alcance una gran cantidad de interesantes cuestiones biológicas que implican reacciones químicas más rápidas. Ahora podemos comenzar a hacer preguntas sobre los procesos resueltos en poco tiempo ".