Didžiuliai įrankiai 2022 m. patobulino didžiąją chemiją
Gigantiški duomenų rinkiniai ir milžiniški instrumentai padėjo mokslininkams šiais metais susidoroti su chemija milžinišku mastu
pateikėAriana Remmel
Kreditas: Oak Ridge Leadership Computing Facility, ORNL
„Frontier“ superkompiuteris Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje yra pirmasis iš naujos kartos mašinų, kurios padės chemikams atlikti sudėtingesnius nei bet kada anksčiau molekulinius modeliavimus.
2022 m. mokslininkai padarė didelių atradimų naudodami didžiulius įrankius. Remdamiesi naujausia chemiškai kompetentingo dirbtinio intelekto tendencija, mokslininkai padarė didelę pažangą, mokydami kompiuterius prognozuoti baltymų struktūras precedento neturinčiu mastu.Liepos mėnesį „Alphabet“ priklausanti įmonė „DeepMind“ paskelbė duomenų bazę, kurioje yra duomenų bazėbeveik visi žinomi baltymai– 200 milijonų ir daugiau atskirų baltymų iš daugiau nei 100 milijonų rūšių – kaip numato mašininio mokymosi algoritmas AlphaFold.Tada, lapkritį, technologijų įmonė „Meta“ pademonstravo savo pažangą baltymų prognozavimo technologijoje naudodama AI algoritmą, vadinamą.ESMFold.Išankstinio spausdinimo tyrime, kuris dar nebuvo recenzuotas, Meta mokslininkai pranešė, kad jų naujasis algoritmas nėra toks tikslus kaip AlphaFold, bet yra greitesnis.Padidėjęs greitis reiškė, kad mokslininkai galėjo numatyti 600 milijonų struktūrų tik per 2 savaites (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Padeda Vašingtono universiteto (UW) medicinos mokyklos biologaiišplėsti kompiuterių biochemines galimybes už gamtos šablono ribųmokydami mašinas pasiūlyti pagal užsakymą pagamintus baltymus nuo nulio.UW Davidas Bakeris ir jo komanda sukūrė naują dirbtinio intelekto įrankį, kuris gali kurti baltymus, pakartotinai tobulindamas paprastus raginimus arba užpildydamas spragas tarp pasirinktų esamos struktūros dalių (Mokslas2022 m., DOI:10.1126/science.abn2100).Komanda taip pat debiutavo nauja programa ProteinMPNN, kuri gali prasidėti nuo suprojektuotų 3D formų ir kelių baltymų subvienetų rinkinių, o tada nustatyti aminorūgščių sekas, kurių reikia, kad jos būtų efektyvios (Mokslas2022 m., DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Šie biochemiškai išmanūs algoritmai galėtų padėti mokslininkams sukurti dirbtinių baltymų, kurie galėtų būti naudojami naujose biomedžiagose ir farmaciniuose preparatuose, brėžinius.
Autorius: Ian C. Haydon / UW baltymų dizaino institutas
Mašininio mokymosi algoritmai padeda mokslininkams svajoti apie naujus baltymus, turinčius omenyje specifines funkcijas.
Augant skaičiavimo chemikų ambicijoms, auga ir kompiuteriai, naudojami molekuliniam pasauliui imituoti.Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje (ORNL) chemikai pirmą kartą pažvelgė į vieną galingiausių kada nors sukurtų superkompiuterių.ORNL exascale superkompiuteris, Frontier, yra viena iš pirmųjų mašinų, apskaičiuojančių daugiau nei 1 kvintilijoną slankiųjų operacijų per sekundę – skaičiavimo aritmetikos vienetą.Šis skaičiavimo greitis yra maždaug tris kartus didesnis nei valdančio čempiono, superkompiuterio Fugaku Japonijoje.Kitais metais JAV planuoja debiutuoti dar dvi nacionalinės laboratorijos.Šių modernių mašinų didelė kompiuterinė galia leis chemikams imituoti dar didesnes molekulines sistemas ir ilgesnį laiką.Iš šių modelių surinkti duomenys galėtų padėti tyrėjams peržengti chemijos įmanomų galimybių ribas, sumažinant atotrūkį tarp kolboje vykstančių reakcijų ir virtualių modeliavimų, naudojamų joms modeliuoti.„Esame tokioje vietoje, kur galime pradėti iš tikrųjų kelti klausimus apie tai, ko trūksta mūsų teoriniams metodams ar modeliams, kurie priartintų mus prie to, ką eksperimentas mums sako, kad tai yra tikra“, – sako Ajovos skaičiavimo chemikė Theresa Windus. Valstybinis universitetas ir projekto vadovas Exascale Computing Project, pranešė C&EN rugsėjo mėn.Modeliavimas, vykdomas eksascale kompiuteriuose, galėtų padėti chemikams išrasti naujus kuro šaltinius ir sukurti naujas klimatui atsparias medžiagas.
Visoje šalyje Menlo parke, Kalifornijoje, įrengiama SLAC nacionalinė greitintuvo laboratorijasupercool naujinimai į Linac koherentinį šviesos šaltinį (LCLS)tai leistų chemikams giliau pažvelgti į itin greitą atomų ir elektronų pasaulį.Įrenginys pastatytas ant 3 km linijinio greitintuvo, kurio dalys atšaldomos skystu heliu iki 2 K, kad būtų sukurtas ypač ryškus, ypač greitas šviesos šaltinis, vadinamas rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeriu (XFEL).Chemikai panaudojo galingus instrumentų impulsus kurdami molekulinius filmus, kurie leido jiems stebėti daugybę procesų, tokių kaip cheminių ryšių formavimasis ir fotosintezės fermentų veikimas.„Per femtosekundės blyksnį matote, kad atomai stovi vietoje, pavieniai atominiai ryšiai nutrūksta“, – liepą C&EN sakė medžiagų mokslininkė Leora Dresselhaus-Marais, bendradarbiaujanti Stanfordo universitete ir SLAC.LCLS atnaujinimai taip pat leis mokslininkams geriau suderinti rentgeno spindulių energiją, kai kitų metų pradžioje bus prieinamos naujos galimybės.
Kreditas: SLAC nacionalinė greitintuvo laboratorija
SLAC National Accelerator Laboratory rentgeno lazeris yra pastatytas ant 3 km linijinio greitintuvo Menlo parke, Kalifornijoje.
Šiais metais mokslininkai taip pat pamatė, koks galingas ilgai lauktas Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST) gali atskleistimūsų visatos cheminis sudėtingumas.NASA ir jos partneriai – Europos kosmoso agentūra, Kanados kosmoso agentūra ir Kosminio teleskopo mokslo institutas – jau išleido dešimtis vaizdų – nuo akinančių žvaigždžių ūkų portretų iki elementarių senovės galaktikų pirštų atspaudų.10 milijardų dolerių vertės infraraudonųjų spindulių teleskopas yra papuoštas mokslinių instrumentų rinkiniais, skirtais giliai mūsų visatos istorijai ištirti.Dešimtmečius kurtas JWST jau pranoko savo inžinierių lūkesčius, nufotografuodamas besisukančios galaktikos vaizdą, kaip ji pasirodė prieš 4,6 milijardo metų, su spektroskopiniais deguonies, neono ir kitų atomų ženklais.Mokslininkai taip pat išmatavo garuojančių debesų ir miglos požymius egzoplanetoje, pateikdami duomenis, kurie galėtų padėti astrobiologams ieškoti potencialiai tinkamų gyventi pasaulių už Žemės ribų.
Paskelbimo laikas: 2023-07-07