Massiv Tools hunn d'Chemie am Joer 2022 fortgeschratt
Gigantesch Datensätz a kolossal Instrumenter hunn de Wëssenschaftler dëst Joer gehollef, d'Chemie op risegem Niveau unzegoen.
vunAriana Remmel
Quell: Oak Ridge Leadership Computing Facility am ORNL
De Frontier-Supercomputer am Oak Ridge National Laboratory ass den éischte vun enger neier Generatioun vu Maschinnen, déi Chemiker hëllefe sollen, molekular Simulatiounen ze maachen, déi méi komplex si wéi jee virdrun.
Wëssenschaftler hunn am Joer 2022 grouss Entdeckungen mat iwwerdimensionéierten Tools gemaach. Op Basis vum rezenten Trend vun chemesch kompetenter kënschtlecher Intelligenz hunn d'Fuerscher grouss Fortschrëtter gemaach andeems se Computere geléiert hunn, Proteinstrukturen an engem ongehéierten Ëmfang virauszesoen. Am Juli huet d'Firma DeepMind, déi zu Alphabet gehéiert, eng Datebank publizéiert, déi d'Strukturen vun ... enthält.bal all bekannt Proteinen—200 Millioune méi individuell Proteine vu méi wéi 100 Millioune Spezies — wéi vum maschinelle Léieralgorithmus AlphaFold virausgesot. Duerno, am November, huet d'Techfirma Meta hire Fortschrëtt an der Proteinprognostechnologie mat engem KI-Algorithmus mam Numm demonstréiert.ESMFaltAn enger Preprint-Studie, déi nach net vu Fachleit iwwerpréift gouf, hunn d'Meta-Fuerscher gemellt, datt hiren neien Algorithmus net sou genee ass wéi AlphaFold, awer méi séier. Déi erhéicht Geschwindegkeet huet bedeit, datt d'Fuerscher 600 Millioune Strukturen an nëmmen 2 Wochen viraussoe konnten (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Biologen vun der University of Washington (UW) School of Medicine hëllefend'biochemesch Fäegkeete vu Computeren iwwer d'Schabloun vun der Natur eraus ausbauenandeems Maschinnen geléiert ginn, personaliséiert Proteinen vun Null un ze proposéieren. Den David Baker vun der UW a säin Team hunn en neit KI-Tool entwéckelt, dat Proteinen entwéckele kann, andeems se entweder einfach Ufroen iterativ verbesseren oder d'Lücken tëscht ausgewählten Deeler vun enger existéierender Struktur ausfëllen (Wëssenschaft2022, DOI:10.1126/Wëssenschaft.abn2100D'Team huet och en neit Programm, ProteinMPNN, virgestallt, dat aus entworfenen 3D-Formen an Assembléierungen vu verschiddene Protein-Ënnereenheeten ausgoe kann an dann d'Aminosaiersequenzen bestëmmen, déi néideg sinn, fir se effizient ze maachen (Wëssenschaft2022, DOI:10.1126/wëssenschaft.add2187;10.1126/wëssenschaft.add1964Dës biochemesch kompetent Algorithmen kéinten de Wëssenschaftler hëllefen, Pläng fir künstlech Proteinen ze erstellen, déi an neie Biomaterialien a Pharmazeutika benotzt kënne ginn.
Quell: Ian C. Haydon/UW Institut fir Proteindesign
Maschinnléieralgorithmen hëllefen de Wëssenschaftler nei Proteine mat spezifesche Funktiounen am Kapp z'entwéckelen.
Mat de wuessenden Ambitiounen vun de Berechnungschemiker wuessen och d'Computeren, déi benotzt gi fir d'molekular Welt ze simuléieren. Am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) kruten d'Chemiker en éischte Bléck op ee vun de mächtegste Supercomputer, déi jee gebaut goufen.ORNL säin Exaskala-Supercomputer, Frontier, ass eng vun den éischte Maschinnen, déi méi wéi 1 Quintillion schwiewend Operatiounen pro Sekonn berechent hunn, eng Eenheet vun der Berechnungsarithmetik. Dës Rechengeschwindegkeet ass ongeféier dräimol sou séier wéi déi vum aktuelle Champion, dem Supercomputer Fugaku a Japan. Am nächste Joer plangen zwee weider national Laboratoiren, Exaskala-Computeren an den USA ze debutéieren. Déi iwwerdimensionéiert Computerleistung vun dëse modernste Maschinnen erlaabt et Chemiker, nach méi grouss molekulare Systemer a méi laang Zäitskalaen ze simuléieren. D'Donnéeën, déi aus dëse Modeller gesammelt ginn, kéinten de Fuerscher hëllefen, d'Grenze vun deem wat an der Chimie méiglech ass, ze iwwerwannen, andeems se d'Lach tëscht de Reaktiounen an engem Kolben an de virtuelle Simulatiounen, déi benotzt gi fir se ze modelléieren, verklengeren. "Mir sinn un engem Punkt ukomm, wou mir wierklech Froen stelle kënnen, wat an eise theoretesche Methoden oder Modeller feelt, wat eis méi no un dat bréngt, wat en Experiment eis seet, datt et real ass", sot d'Theresa Windus, eng Berechnungschemikerin op der Iowa State University a Projetleiterin vum Exascale Computing Project, am September zu C&EN. Simulatiounen, déi op Exaskala-Computere lafen, kéinte Chemiker hëllefen, nei Brennstoffquellen z'erfannen an nei klimaresistent Materialien ze designen.
Am ganze Land, zu Menlo Park a Kalifornien, installéiert den SLAC National Accelerator LaboratorySupercool Upgrades vun der Linac Coherent Light Source (LCLS)dat kéint et Chemiker erméiglechen, méi déif an déi ultraschnell Welt vun Atomer an Elektronen ze kucken. D'Anlag ass op engem 3 km laange Linearbeschleuniger gebaut, deem seng Deeler mat flëssegem Helium op 2 K ofgekillt ginn, fir eng Zort superheller, superschnell Liichtquell ze produzéieren, déi e Röntgen-Fräielektronelaser (XFEL) genannt gëtt. Chemiker hunn déi mächteg Impulser vun den Instrumenter benotzt, fir molekulare Filmer ze maachen, déi et hinnen erméiglecht hunn, eng Onmass Prozesser ze observéieren, wéi zum Beispill d'Bildung vu chemesche Bindungen an d'Aarbecht vu photosyntheteschen Enzymen. "An engem Femtosekonnen-Blëtz kann een Atomer stoe gesinn, eenzel Atombindungen, déi briechen", sot d'Leora Dresselhaus-Marais, eng Materialwëssenschaftlerin mat gemeinsame Rendez-vousen op der Stanford University an dem SLAC, am Juli dem C&EN. D'Verbesserunge vum LCLS erlaben et de Wëssenschaftler och, d'Energien vun de Röntgenstrahlen besser ofzestëmmen, wann déi nei Fäegkeeten Ufank nächst Joer verfügbar sinn.
Quell: SLAC National Accelerator Laboratory
De Röntgenlaser vum SLAC National Accelerator Laboratory ass op engem 3 km laange Linearbeschleuniger zu Menlo Park a Kalifornien gebaut.
Dëst Joer hunn d'Wëssenschaftler och gesinn, wéi mächteg den laang erwaarde James Webb Weltraumteleskop (JWST) kéint sinn, fir dat ze weisen.chemesch Komplexitéit vun eisem UniversumD'NASA an hir Partner - d'Europäesch Weltraumagentur, d'Kanadisk Weltraumagentur an de Space Telescope Science Institute - hunn schonn Dosende vu Biller verëffentlecht, vu blendende Portraite vu Stärenniwwelen bis zu den elementaren Fangerofdréck vun antike Galaxien. Den 10 Milliarden Dollar deieren Infraroutteleskop ass mat enger Rei vu wëssenschaftlechen Instrumenter ausgestatt, déi entwéckelt goufen, fir déi déif Geschicht vun eisem Universum z'erfuerschen. Nodeems den JWST Joerzéngte laang an der Entwécklung war, huet hien d'Erwaardunge vu senge Ingenieuren scho iwwertraff, andeems hien e Bild vun enger wirbelnder Galaxis gemaach huet, wéi se viru 4,6 Milliarde Joer ausgesinn huet, komplett mat spektroskopesche Signaturen vu Sauerstoff, Neon an aner Atomer. D'Wëssenschaftler hunn och Signaturen vu dampfëge Wolleken an Niwwel op engem Exoplanéit gemooss, wat Daten geliwwert huet, déi Astrobiologen hëllefe kéinten, no potenziell bewunnbare Welten ausserhalb vun der Äerd ze sichen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 07. Februar 2023