Masivni alati unapredili su veliku hemiju 2022
Gigantski skupovi podataka i kolosalni instrumenti pomogli su naučnicima da se pozabave hemijom u ogromnim razmjerima ove godine
byAriana Remmel
Zasluge: Oak Ridge Leadership Computing Facility na ORNL-u
Superkompjuter Frontier u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge je prvi u novoj generaciji mašina koje će pomoći hemičarima da preuzmu molekularne simulacije koje su složenije nego ikada prije.
Naučnici su napravili velika otkrića sa ogromnim alatima 2022. Nadovezujući se na nedavni trend hemijski kompetentne veštačke inteligencije, istraživači su napravili velike korake, podučavajući kompjutere da predviđaju proteinske strukture u neviđenim razmerama.U julu je kompanija DeepMind u vlasništvu Alphabeta objavila bazu podataka koja sadrži strukturegotovo svi poznati proteini—200 miliona i više pojedinačnih proteina iz preko 100 miliona vrsta—kako je predviđeno algoritmom za mašinsko učenje AlphaFold.Zatim, u novembru, tehnološka kompanija Meta je demonstrirala svoj napredak u tehnologiji predviđanja proteina sa AI algoritmom tzv.ESMFold.U preprint studiji koja još nije recenzirana, Meta istraživači su izvijestili da njihov novi algoritam nije tako precizan kao AlphaFold, ali je brži.Povećana brzina značila je da su istraživači mogli predvideti 600 miliona struktura za samo 2 nedelje (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Biolozi sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Washington (UW) pomažuproširiti biohemijske sposobnosti kompjutera izvan šablona prirodeučenjem mašina da predlažu proteine po meri od nule.David Baker iz UW-a i njegov tim stvorili su novi AI alat koji može dizajnirati proteine bilo iterativnim poboljšanjem jednostavnih uputstava ili popunjavanjem praznina između odabranih dijelova postojeće strukture (Nauka2022, DOI:10.1126/science.abn2100).Tim je također predstavio novi program, ProteinMPNN, koji može početi od dizajniranih 3D oblika i sklopova višestrukih proteinskih podjedinica, a zatim odrediti sekvence aminokiselina koje su potrebne za njihovo učinkovito stvaranje (Nauka2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Ovi biohemijski pametni algoritmi mogli bi pomoći naučnicima u izradi nacrta za umjetne proteine koji bi se mogli koristiti u novim biomaterijalima i farmaceutskim proizvodima.
Zasluge: Ian C. Haydon/UW Institut za dizajn proteina
Algoritmi mašinskog učenja pomažu naučnicima da osmisle nove proteine sa specifičnim funkcijama na umu.
Kako ambicije kompjuterskih hemičara rastu, tako rastu i kompjuteri koji se koriste za simulaciju molekularnog svijeta.U Oak Ridge National Laboratory (ORNL), hemičari su prvi put vidjeli jedan od najmoćnijih superkompjutera ikada napravljenih.ORNL-ov superkompjuter, Frontier, je među prvim mašinama za izračunavanje više od 1 kvintiliona plutajućih operacija u sekundi, jedinica računske aritmetike.Ta brzina računara je oko tri puta veća od aktuelnog šampiona, superkompjutera Fugakua u Japanu.U narednoj godini, još dvije nacionalne laboratorije planiraju debitovati exascale kompjuterima u SAD-u.Ogromna kompjuterska snaga ovih najsavremenijih mašina omogućiće hemičarima da simuliraju još veće molekularne sisteme i to u dužim vremenskim razmacima.Podaci prikupljeni iz tih modela mogli bi pomoći istraživačima da pomjere granice onoga što je moguće u hemiji sužavanjem jaza između reakcija u tikvici i virtualnih simulacija koje se koriste za njihovo modeliranje.„Nalazimo se na tački kada zaista možemo početi da postavljamo pitanja o tome šta je to što nedostaje našim teorijskim metodama ili modelima koji bi nas približili onome što nam eksperiment govori da je stvarno“, Theresa Windus, kompjuterski hemičar iz Iowe Državni univerzitet i voditelj projekta Exascale Computing Project, rekao je C&EN u septembru.Simulacije koje se izvode na kompjuterima exascale mogle bi pomoći hemičarima da pronađu nove izvore goriva i dizajniraju nove materijale otporne na klimu.
Širom zemlje, u Menlo Parku u Kaliforniji, instalira se SLAC National Accelerator Laboratorysupercool nadogradnje na Linac koherentni izvor svjetlosti (LCLS)to bi moglo omogućiti hemičarima da zavire dublje u ultrabrzi svijet atoma i elektrona.Postrojenje je izgrađeno na linearnom akceleratoru od 3 km, čiji se dijelovi hlade tekućim helijumom do 2 K, kako bi se proizveo tip supersjajnog, superbrzog izvora svjetlosti koji se zove rendgenski laser sa slobodnim elektronima (XFEL).Hemičari su koristili moćne impulse instrumenata da naprave molekularne filmove koji su im omogućili da gledaju bezbroj procesa, kao što su formiranje hemijskih veza i rad fotosintetskih enzima."U femtosekundnom bljesku možete vidjeti kako atomi stoje, a pojedinačne atomske veze pucaju", rekla je za C&EN u julu Leora Dresselhaus-Marais, naučnica za materijale sa zajedničkim imenovanjima na Univerzitetu Stanford i SLAC.Nadogradnje LCLS-a će također omogućiti naučnicima da bolje podese energiju rendgenskih zraka kada nove mogućnosti postanu dostupne početkom sljedeće godine.
Zasluge: SLAC National Accelerator Laboratory
Rendgenski laser SLAC National Accelerator Laboratory je izgrađen na linearnom akceleratoru od 3 km u Menlo Parku u Kaliforniji.
Ove godine, naučnici su također vidjeli koliko bi dugo očekivani svemirski teleskop James Webb (JWST) mogao biti moćan za otkrivanjehemijsku složenost našeg univerzuma.NASA i njeni partneri – Evropska svemirska agencija, Kanadska svemirska agencija i Naučni institut za svemirski teleskop – već su objavili na desetine slika, od blistavih portreta zvjezdanih maglina do elementarnih otisaka prstiju drevnih galaksija.Infracrveni teleskop vredan 10 milijardi dolara prepun je skupova naučnih instrumenata dizajniranih da istraže duboku istoriju našeg univerzuma.Decenijama u izradi, JWST je već nadmašio očekivanja svojih inženjera tako što je napravio sliku vrtložne galaksije kakva se pojavila prije 4,6 milijardi godina, zajedno sa spektroskopskim potpisima kisika, neona i drugih atoma.Naučnici su također mjerili tragove parnih oblaka i izmaglice na egzoplaneti, pružajući podatke koji bi mogli pomoći astrobiolozima u potrazi za potencijalno nastanjivim svjetovima izvan Zemlje.
Vrijeme objave: Feb-07-2023