יואל שקולניצקי

זוכה פרס קריל 2012
אוניברסיטת תל אביב.

ד"ר יואל שקולניצקי (Dr. Yoel Shkolnisky)

תחומי מחקר:

מתמטיקה שימושית: שיטות מתמטיות לפתרון בעיות בתחום הביולוגיה המבנית.

ביולוגיה מבנית הינה תחום מחקר משגשג, האחראי לתגליות רבות הקשורות לאבני הבניין היסודיות של החיים. משימה בסיסית בביולוגיה מבנית היא קביעת המבנה התלת-ממדי של מולקולות כגון חלבונים, שכן המבנה התלת-ממדי מלמד אותנו על התכונות והתפקודים הביולוגיים של המולקולות. שיטה נפוצה לקביעת מבנים של מולקולות היא cryo-Electron Microscopy (cryo-EM). בשיטה זו משתמשים במיקרוסקופ אלקטרוני כדי לצלם תמונות רבות של המולקולה מכיוונים אקראיים, ולאחר מכן משתמשים באלגוריתם מתמטי על מנת לשלב את כל התמונות שצולמו למודל תלת-ממדי של המולקולה. על אף ששיטת cryo-EM קיימת מזה שנים רבות, עדיין אין בנמצא פתרונות מספקים לרבות מהסוגיות המתמטיות והאלגוריתמיות הכרוכות בה. למעשה, תחום הביולוגיה המבנית זכה לתשומת לב מועטה מצד ​​מתמטיקאים, למרות ההשפעה העצומה של תגליותיו על חיינו.

מחקרי עוסק בפיתוח אלגוריתמים חדשניים לקביעת מבנים מולקולאריים באמצעות שיטת cryo-EM. במסגרת המחקר, אנו שוקדים על תכנון מחדש של כל השלבים החישוביים בתהליך קביעת המבנה. שלבים אלה כוללים עיבוד ראשוני של אוספי התמונות המיוצרים ע"י המיקרוסקופ (ניקוי מרעשים, יישור התמונות, סינון תמונות פגומות,…), קביעת הפרמטרים של כל תמונה (מציאת כיוון הצילום, שיערוך ההזזה, קביעת העיוות בתמונה בשל תכונות המיקרוסקופ,…), ושיחזור מודל תלת-ממדי מתוך התמונות. מטרת המחקר הינה לפתח אלגוריתמים מתמטיים שיבצעו את השלבים השונים בתהליך שיחזור המבנים בצורה מהירה, מדויקת, ואמינה. תוכנת מחשב המממשת אלגוריתמים אלה תהפוך את תהליך קביעת המבנה לפעולה פשוטה ושגרתית.

עד כה השגנו התקדמות רבה במחקר זה. כך למשל, לאחרונה פיתחנו מספר אלגוריתמים לקביעת כיוון הצילום של כל תמונה. אלגוריתמים אלה הינם מדויקים, חסינים לשגיאות מדידה הנגרמות בשל תכונות המיקרוסקופ, ומהירים בסדרי גודל יחסית לגישות קיימות. למרות התוצאות המעודדות עד כה, ישנה עדיין עבודה רבה לפנינו על מנת שנוכל לספק סט שלם של פתרונות חישוביים לבעיית קביעת המבנים. בשל היקף הבעיה והאופי הרב-תחומי שלה, המחקר מבוצע בשיתוף עם קבוצות מחקר אחרות ברחבי העולם, הן במחלקות למתמטיקה והן במחלקות לביולוגיה.

 

זוכי פרס קריל

// order posts by year $posts_by_year;