Mjetet masive avancuan kiminë e madhe në 2022
Komplete gjigante të dhënash dhe instrumente kolosale ndihmuan shkencëtarët të trajtojnë kiminë në një shkallë gjigante këtë vit
ngaAriana Remmel
Kredia: Oak Ridge Leadership Computing Facility në ORNL
Superkompjuteri Frontier në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge është i pari i një gjenerate të re makinerish që do të ndihmojnë kimistët të ndërmarrin simulime molekulare që janë më komplekse se kurrë më parë.
Shkencëtarët bënë zbulime të mëdha me mjete të mëdha në vitin 2022. Duke u mbështetur në trendin e fundit të inteligjencës artificiale kimikisht kompetente, studiuesit bënë përparime të mëdha, duke mësuar kompjuterët të parashikojnë strukturat e proteinave në një shkallë të paprecedentë.Në korrik, kompania në pronësi të Alphabet DeepMind publikoi një bazë të dhënash që përmban strukturat epothuajse të gjitha proteinat e njohura—Mus 200 milion proteina individuale nga mbi 100 milion specie—siç parashikohet nga algoritmi i mësimit të makinës AlphaFold.Më pas, në nëntor, kompania e teknologjisë Meta demonstroi përparimin e saj në teknologjinë e parashikimit të proteinave me një algoritëm AI të quajturESMFold.Në një studim paraprak që ende nuk është rishikuar nga kolegët, studiuesit e Meta raportuan se algoritmi i tyre i ri nuk është aq i saktë sa AlphaFold, por është më i shpejtë.Shpejtësia e rritur nënkuptonte që studiuesit mund të parashikonin 600 milionë struktura në vetëm 2 javë (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Biologët në Shkollën e Mjekësisë të Universitetit të Uashingtonit (UW) po ndihmojnëzgjerojnë aftësitë biokimike të kompjuterëve përtej modelit të natyrësduke i mësuar makinat të propozojnë proteina me porosi nga e para.David Baker i UW dhe ekipi i tij krijuan një mjet të ri të AI që mund të projektojë proteina ose duke përmirësuar në mënyrë të përsëritur sipas kërkesave të thjeshta ose duke plotësuar boshllëqet midis pjesëve të zgjedhura të një strukture ekzistuese (Shkenca2022, DOI:10.1126/shkencë.abn2100).Ekipi debutoi gjithashtu një program të ri, ProteinMPNN, i cili mund të fillojë nga format e dizajnuara 3D dhe asambletë e nënnjësive të shumta proteinike dhe më pas të përcaktojë sekuencat e aminoacideve të nevojshme për t'i bërë ato në mënyrë efikase.Shkenca2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Këto algoritme të zgjuara biokimike mund të ndihmojnë shkencëtarët në ndërtimin e planeve për proteinat artificiale që mund të përdoren në biomaterialet dhe farmaceutikët e rinj.
Kredia: Ian C. Haydon/UW Institute for Protein Design
Algoritmet e mësimit të makinerive po i ndihmojnë shkencëtarët të ëndërrojnë proteina të reja me funksione specifike në mendje.
Ndërsa ambiciet e kimistëve llogaritës rriten, po ashtu rriten edhe kompjuterët e përdorur për të simuluar botën molekulare.Në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge (ORNL), kimistët panë për herë të parë një nga superkompjuterët më të fuqishëm të ndërtuar ndonjëherë.Superkompjuteri ekzascale i ORNL, Frontier, është ndër makinat e para që llogarit më shumë se 1 kuintilion operacione lundruese në sekondë, një njësi e aritmetikës llogaritëse.Kjo shpejtësi llogaritëse është rreth tre herë më e shpejtë se kampioni në fuqi, superkompjuteri Fugaku në Japoni.Në vitin e ardhshëm, dy laboratorë të tjerë kombëtarë planifikojnë të debutojnë kompjuterët ekzaskalë në SHBA.Fuqia e madhe kompjuterike e këtyre makinerive më të avancuara do t'i lejojë kimistët të simulojnë sisteme molekulare edhe më të mëdha dhe në afate më të gjata kohore.Të dhënat e mbledhura nga ato modele mund të ndihmojnë studiuesit të shtyjnë kufijtë e asaj që është e mundur në kimi duke ngushtuar hendekun midis reaksioneve në një balonë dhe simulimeve virtuale të përdorura për t'i modeluar ato."Jemi në një pikë ku mund të fillojmë të bëjmë pyetje në lidhje me atë që mungon nga metodat apo modelet tona teorike që do të na afronin më shumë me atë që një eksperiment na thotë se është e vërtetë," Theresa Windus, një kimiste llogaritëse në Iowa. Universiteti Shtetëror dhe projekti udhëheqin me Projektin Exascale Computing, i tha C&EN në shtator.Simulimet e kryera në kompjuterë ekzaskalë mund të ndihmojnë kimistët të shpikin burime të reja karburanti dhe të dizajnojnë materiale të reja rezistente ndaj klimës.
Në të gjithë vendin, në Menlo Park, Kaliforni, Laboratori Kombëtar i Përshpejtuesit SLAC po instalonPërmirësimet supercool në burimin koherent të dritës Linac (LCLS)që mund t'i lejojë kimistët të shikojnë më thellë në botën ultra të shpejtë të atomeve dhe elektroneve.Objekti është ndërtuar mbi një përshpejtues linear 3 km, pjesë të të cilit ftohen me helium të lëngshëm deri në 2 K, për të prodhuar një lloj burimi drite super të ndritshëm dhe super të shpejtë të quajtur një lazer me elektron të lirë me rreze X (XFEL).Kimistët kanë përdorur pulset e fuqishme të instrumenteve për të bërë filma molekularë që u kanë mundësuar atyre të shikojnë një mori procesesh, të tilla si formimi i lidhjeve kimike dhe enzimat fotosintetike që funksionojnë.“Në një blic femtosekondi, ju mund të shihni atomet që qëndrojnë të palëvizshme, lidhjet e vetme atomike thyhen”, tha për C&EN në korrik Leora Dresselhaus-Marais, një shkencëtare materialesh me takime të përbashkëta në Universitetin Stanford dhe SLAC.Përmirësimet në LCLS gjithashtu do t'i lejojnë shkencëtarët të rregullojnë më mirë energjitë e rrezeve X kur aftësitë e reja të bëhen të disponueshme në fillim të vitit të ardhshëm.
Kredia: SLAC National Accelerator Laboratory
Lazeri me rreze X i Laboratorit Kombëtar të Përshpejtuesit SLAC është ndërtuar në një përshpejtues linear 3 km në Menlo Park, Kaliforni.
Këtë vit, shkencëtarët panë gjithashtu se sa i fuqishëm mund të ishte teleskopi hapësinor i shumëpritur James Webb (JWST) për zbulimin ekompleksiteti kimik i universit tonë.NASA dhe partnerët e saj – Agjencia Evropiane e Hapësirës, Agjencia Kanadeze e Hapësirës dhe Instituti i Shkencës së Teleskopit Hapësinor – kanë publikuar tashmë dhjetëra imazhe, nga portretet verbuese të mjegullnajave yjore deri te gjurmët elementare të gishtërinjve të galaktikave të lashta.Teleskopi infra të kuq prej 10 miliardë dollarësh është i zbukuruar me grupe instrumentesh shkencore të krijuara për të eksploruar historinë e thellë të universit tonë.Për dekada në krijim, JWST tashmë ka tejkaluar pritshmëritë e inxhinierëve të tij duke nxjerrë një imazh të një galaktike rrotulluese siç u shfaq 4.6 miliardë vjet më parë, e kompletuar me nënshkrime spektroskopike të oksigjenit, neonit dhe atomeve të tjera.Shkencëtarët matën gjithashtu shenjat e reve me avull dhe mjegullës në një ekzoplanet, duke ofruar të dhëna që mund të ndihmonin astrobiologët të kërkojnë për botë potencialisht të banueshme përtej Tokës.
Koha e postimit: Shkurt-07-2023