Massiv Tools hunn grouss Chimie am Joer 2022 fortgeschratt
Gigantesch Datesets a kolossal Instrumenter hunn d'Wëssenschaftler gehollef dëst Joer d'Chimie op enger riseger Skala unzegoen
vumAriana Remmel
Kreditt: Oak Ridge Leadership Computing Facility bei ORNL
De Frontier Supercomputer am Oak Ridge National Laboratory ass deen éischten vun enger neier Generatioun vu Maschinnen, déi Chemiker hëllefe molekulare Simulatioune opzehuelen déi méi komplex sinn wéi jee virdrun.
Wëssenschaftler hunn grouss Entdeckungen mat supersized Tools am Joer 2022. Op de rezenten Trend vun der chemescher kompetenter kënschtlecher Intelligenz opbauen, hunn d'Fuerscher grouss Schrëtt gemaach, Computeren léieren fir Proteinstrukturen op enger eemoleger Skala virauszesoen.Am Juli, Alphabet-Besëtz Firma DeepMind publizéiert eng Datebank mat de Strukturen vunbal all bekannt Proteinen-200 Milliounen plus individuell Proteine vun iwwer 100 Milliounen Arten - wéi virausgesot vum Maschinnléier Algorithmus AlphaFold.Dann, am November, huet d'Technologiefirma Meta säi Fortschrëtt an der Proteinprediktiounstechnologie mat engem AI Algorithmus bewisen.ESMFold.An enger Preprint-Studie déi nach net peer-reviewed gouf, hunn Meta Fuerscher gemellt datt hiren neien Algorithmus net sou genau ass wéi AlphaFold awer méi séier ass.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 hëllefenerweidert d'Biochemesch Fäegkeeten vun Computeren iwwer d'Natur Schablounduerch d'Maschinnen ze léieren fir speziell Proteine vun Null ze proposéieren.Den UW David Baker a säin Team hunn en neit AI-Tool erstallt dat Proteinen entwerfe kann andeems se entweder iterativ op einfachen Uweisunge verbesseren oder andeems d'Lücken tëscht ausgewielten Deeler vun enger existéierender Struktur ausfëllen (Wëssenschaft2022, DOI:10.1126/science.abn2100).D'Team huet och en neie Programm debutéiert, ProteinMPNN, deen aus entworf 3D Formen a Versammlunge vu multiple Protein Ënnerunitéiten ufänken kann an dann d'Aminosäure Sequenzen bestëmmen déi néideg sinn fir se effizient ze maachen (Wëssenschaft2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Dës biochemesch erfuerene Algorithmen kënnen d'Wëssenschaftler hëllefe fir Zeechnunge fir kënschtlech Proteine ze bauen, déi an neie Biomaterialien a Medikamenter benotzt kënne ginn.
Kreditt: Ian C. Haydon / UW Institut fir Protein Design
Maschinn Léieren Algorithmen hëllefen d'Wëssenschaftler nei Proteine ze dreemen mat spezifesche Funktiounen am Kapp.
Wéi d'Ambitioune vun de computational Chemiker wuessen, sou wuessen d'Computeren déi benotzt gi fir d'molekulare Welt ze simuléieren.Am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) kruten d'Chemiker en éischten Abléck op ee vun de mächtegste Supercomputer déi jeemools gebaut goufen.ORNL's exascale Supercomputer, Frontier, gehéiert zu den éischte Maschinnen, déi méi wéi 1 Quintillion schwiewend Operatiounen pro Sekonn berechent hunn, eng Eenheet vu computational Arithmetik.Déi Rechengeschwindegkeet ass ongeféier dräimol sou séier wéi de regéierende Champion, de Supercomputer Fugaku a Japan.Am nächste Joer plangen zwee méi national Laboratoiren Exascale Computeren an den USA ze debutéieren.Déi grouss Computerkraaft vun dëse modernste Maschinnen erlaabt d'Chemiker nach méi grouss molekulare Systemer a méi laang Zäit ze simuléieren.D'Daten, déi aus dëse Modeller gesammelt goufen, kënnen d'Fuerscher hëllefen d'Grenze vun deem wat an der Chimie méiglech ass ze drécken andeems de Spalt tëscht de Reaktiounen an enger Kolben an de virtuelle Simulatioune verklengert fir se ze modelléieren."Mir sinn op engem Punkt wou mir kënnen ufänken wierklech Froen ze stellen iwwer wat et ass, wat an eisen theoreteschen Methoden oder Modeller fehlt, déi eis méi no bréngen wat en Experiment eis seet ass wierklech," Theresa Windus, e computational Chemiker zu Iowa State University a Projet Lead mam Exascale Computing Project, sot C&EN am September.Simulatioune lafen op Exascale Computeren kéinte Chemiker hëllefen nei Brennstoffquellen ze erfannen an nei klimatesch elastesch Materialien ze designen.
Am ganze Land, am Menlo Park, Kalifornien, gëtt de SLAC National Accelerator Laboratory installéiertsupercool Upgrades zu der Linac Coherent Light Source (LCLS)dat kéint Chemiker erlaben méi déif an déi ultraschnell Welt vun Atomer an Elektronen nozekucken.D'Installatioun ass op engem 3 km Linearbeschleuniger gebaut, Deeler vun deem mat flëssege Helium bis op 2 K ofgekillt sinn, fir eng Zort superhell, superschnell Liichtquelle ze produzéieren, genannt Röntgenfräi Elektronen Laser (XFEL).Chemiker hunn d'mächteg Impulser vun den Instrumenter benotzt fir molekulare Filmer ze maachen, déi et hinnen erlaabt hunn vill Prozesser ze kucken, sou wéi chemesch Bindungen déi sech bilden an fotosynthetesch Enzyme funktionnéieren."An engem Femtosecond Blëtz, kënnt Dir Atomer stoe gesinn, eenzel Atomobligatiounen briechen," sot d'Leora Dresselhaus-Marais, e Materialwëssenschaftlerin mat gemeinsame Rendez-vousen op der Stanford University an der SLAC, dem C&EN am Juli.D'Aktualiséierunge fir LCLS erlaben d'Wëssenschaftler och d'Energie vun Röntgenstrahlen besser ofzestëmmen wann déi nei Fäegkeeten fréi d'nächst Joer verfügbar sinn.
Kreditt: SLAC National Accelerator Laboratory
Den Röntgenlaser vum SLAC National Accelerator Laboratory ass op engem 3 km Linearbeschleuniger am Menlo Park, Kalifornien gebaut.
Dëst Joer hunn d'Wëssenschaftler och gesinn wéi mächteg de laang erwaarde James Webb Weltraumteleskop (JWST) kéint sinn fir d'Entdeckung vumchemesch Komplexitéit vun eisem Universum.D'NASA a seng Partner - d'Europäesch Weltraumagence, d'kanadesch Weltraumagence, an de Space Telescope Science Institute - hu scho Dosende vu Biller verëffentlecht, vu blendende Portraite vu stellarn Niwwelen bis zu den elementar Fangerofdréck vun antike Galaxien.Den $ 10 Milliarden Infraroutteleskop ass mat Suiten vu wëssenschaftlechen Instrumenter ausgestatt fir déi déif Geschicht vun eisem Universum ze entdecken.Joerzéngten an der Maach, huet de JWST schonn d'Erwaardunge vu sengen Ingenieuren iwwerschratt andeems en e Bild vun enger whirling Galaxis geknipst huet wéi et viru 4,6 Milliarde Joer erschéngt, komplett mat spektroskopeschen Ënnerschrëfte vu Sauerstoff, Neon an aner Atomer.D'Wëssenschaftler hunn och Ënnerschrëfte vu steamy Wolleken an Niwwel op engem Exoplanéit gemooss, déi Daten zur Verfügung stellen, déi Astrobiologen hëllefe kënnen no potenziell bewunnbare Welten iwwer d'Äerd ze sichen.
Post Zäit: Feb-07-2023