Masyvūs įrankiai pažengė į priekį didžiojoje chemijoje 2022 m.
Milžiniški duomenų rinkiniai ir milžiniški instrumentai padėjo mokslininkams šiais metais spręsti chemijos problemas milžinišku mastu
pagalAriana Remmel
Šaltinis: Oak Ridge lyderystės skaičiavimo centras ORNL
Oak Ridge nacionalinės laboratorijos „Frontier“ superkompiuteris yra pirmasis iš naujos kartos mašinų, kurios padės chemikams atlikti sudėtingesnius nei bet kada anksčiau molekulinius modeliavimus.
2022 m. mokslininkai, naudodami itin didelius įrankius, padarė didelių atradimų. Remdamiesi naujausia chemiškai kompetentingo dirbtinio intelekto tendencija, tyrėjai žengė didelę pažangą, išmokydami kompiuterius numatyti baltymų struktūras precedento neturinčiu mastu. Liepos mėnesį „Alphabet“ priklausanti bendrovė „DeepMind“ paskelbė duomenų bazę, kurioje yra struktūros...beveik visi žinomi baltymai– daugiau nei 200 milijonų atskirų baltymų iš daugiau nei 100 milijonų rūšių, – kaip numatė mašininio mokymosi algoritmas „AlphaFold“. Lapkritį technologijų bendrovė „Meta“ pademonstravo savo pažangą baltymų prognozavimo technologijos srityje, naudodama dirbtinio intelekto algoritmą, vadinamąESMFoldPriešspausdintiniame tyrime, kuris dar nebuvo recenzuotas, „Meta“ tyrėjai pranešė, kad jų naujas algoritmas nėra toks tikslus kaip „AlphaFold“, bet yra greitesnis. Padidėjęs greitis reiškė, kad tyrėjai galėjo numatyti 600 milijonų struktūrų vos per 2 savaites („bioRxiv“ 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Vašingtono universiteto (UW) Medicinos mokyklos biologai padeda.išplėsti kompiuterių biocheminius pajėgumus, viršijančius gamtos šablonąmokant mašinas siūlyti individualius baltymus nuo nulio. Viskonsino universiteto Davidas Bakeris ir jo komanda sukūrė naują dirbtinio intelekto įrankį, kuris gali kurti baltymus iteratyviai tobulindamas paprastas užduotis arba užpildydamas tarpus tarp pasirinktų esamos struktūros dalių (Mokslas2022 m., DOI:10.1126/mokslas.abn2100Komanda taip pat pristatė naują programą „ProteinMPNN“, kuri gali pradėti nuo suprojektuotų 3D formų ir kelių baltymų subvienetų junginių, o tada nustatyti aminorūgščių sekas, reikalingas joms efektyviai pagaminti (Mokslas2022 m., DOI:10.1126/mokslas.add2187;10.1126/science.add1964Šie biochemiškai išprusę algoritmai galėtų padėti mokslininkams kurti dirbtinių baltymų, kurie galėtų būti naudojami naujose biomedžiagose ir vaistuose, brėžinius.
Šaltinis: Ian C. Haydon / UW Baltymų dizaino institutas
Mašininio mokymosi algoritmai padeda mokslininkams sugalvoti naujus baltymus, turint omenyje konkrečias funkcijas.
Augant skaičiavimo chemikų ambicijoms, auga ir kompiuteriai, naudojami molekulių pasauliui modeliuoti. Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje (ORNL) chemikai pirmą kartą išvydo vieną galingiausių kada nors sukonstruotų superkompiuterių.ORNL eksaskalės superkompiuteris „Frontier“, yra viena pirmųjų mašinų, galinčių apskaičiuoti daugiau nei 1 kvintilijoną slankiojančių operacijų per sekundę – skaičiavimo aritmetikos vienetą. Šis skaičiavimo greitis yra maždaug tris kartus didesnis nei dabartinio čempiono – Japonijos superkompiuterio „Fugaku“. Kitais metais dar dvi nacionalinės laboratorijos planuoja pristatyti eksaskalės kompiuterius JAV. Didelė šių pažangių mašinų kompiuterinė galia leis chemikams modeliuoti dar didesnes molekulines sistemas ir ilgesniu laikotarpiu. Iš šių modelių surinkti duomenys galėtų padėti tyrėjams praplėsti chemijos galimybių ribas, sumažinant atotrūkį tarp reakcijų kolboje ir virtualių modeliavimų, naudojamų joms modeliuoti. „Esame tokiame taške, kai galime pradėti iš tikrųjų kelti klausimus apie tai, ko trūksta mūsų teoriniuose metoduose ar modeliuose, kas priartintų mus prie to, ką eksperimentas mums sako esant realu“, – rugsėjį C&EN sakė Theresa Windus, skaičiavimo chemikė iš Ajovos valstijos universiteto ir Exascale Computing Project projekto vadovė. Modeliavimas, vykdomas eksaskalės kompiuteriuose, galėtų padėti chemikams išrasti naujus kuro šaltinius ir kurti naujas klimatui atsparias medžiagas.
Visoje šalyje, Menlo Parke, Kalifornijoje, SLAC Nacionalinė greitintuvų laboratorija įrengiaSuperkieti Linac koherentinio šviesos šaltinio (LCLS) atnaujinimaitai galėtų leisti chemikams giliau pažvelgti į itin greitą atomų ir elektronų pasaulį. Įrenginys pastatytas ant 3 km linijinio greitintuvo, kurio dalys aušinamos skystu heliu iki 2 K temperatūros, kad būtų sukurtas itin ryškus, itin greitas šviesos šaltinis, vadinamas rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeriu (XFEL). Chemikai panaudojo galingus prietaisų impulsus molekuliniams filmams kurti, kurie leido jiems stebėti daugybę procesų, tokių kaip cheminių jungčių susidarymas ir fotosintezės fermentų veikimas. „Femtosekundės blyksnio metu galite pamatyti, kaip atomai sustoja, kaip nutrūksta pavieniai atominiai ryšiai“, – liepą C&EN sakė Leora Dresselhaus-Marais, medžiagų mokslininkė, dirbanti bendruose Stanfordo universiteto ir SLAC paskyrimuose. LCLS atnaujinimai taip pat leis mokslininkams geriau suderinti rentgeno spindulių energijas, kai naujos galimybės bus prieinamos kitų metų pradžioje.
Šaltinis: SLAC Nacionalinė greitintuvų laboratorija
SLAC Nacionalinės greitintuvų laboratorijos rentgeno lazeris yra pastatytas ant 3 km ilgio linijinio greitintuvo Menlo parke, Kalifornijoje.
Šiais metais mokslininkai taip pat įsitikino, koks galingas gali būti ilgai lauktas Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST), atskleidžiantisMūsų visatos cheminis sudėtingumasNASA ir jos partneriai – Europos kosmoso agentūra, Kanados kosmoso agentūra ir Kosminių teleskopų mokslo institutas – jau išleido dešimtis vaizdų – nuo akinančių žvaigždžių ūkų portretų iki senovės galaktikų elementų pirštų atspaudų. 10 milijardų dolerių vertės infraraudonųjų spindulių teleskopas aprūpintas mokslinių prietaisų rinkiniu, skirtu tyrinėti giliąją mūsų visatos istoriją. Dešimtmečius kurtas JWST jau pranoko savo inžinierių lūkesčius, nufotografavęs besisukančios galaktikos vaizdą, kaip ji atrodė prieš 4,6 milijardo metų, su spektroskopiniais deguonies, neono ir kitų atomų parašais. Mokslininkai taip pat išmatavo garuojančių debesų ir miglos parašus egzoplanetoje, pateikdami duomenis, kurie galėtų padėti astrobiologams ieškoti potencialiai gyvybei tinkamų pasaulių už Žemės ribų.
Įrašo laikas: 2023 m. vasario 7 d.