Daghang mga himan ang nag-uswag sa daghang chemistry kaniadtong 2022
Ang dagkong mga set sa datos ug dagkong mga instrumento nakatabang sa mga siyentista sa pagsulbad sa chemistry sa higanteng sukod karong tuiga
pinaagi saAriana Remmel
Credit: Oak Ridge Leadership Computing Facility sa ORNL
Ang Frontier supercomputer sa Oak Ridge National Laboratory mao ang una sa usa ka bag-ong henerasyon sa mga makina nga makatabang sa mga chemist sa paghimo sa mga simulation sa molekula nga mas komplikado kaysa kaniadto.
Ang mga siyentista nakahimog dagkong mga nadiskobrehan gamit ang supersized nga mga himan sa 2022. Nagtukod sa bag-o nga uso sa chemically competent nga artificial intelligence, ang mga tigdukiduki nakahimog dagkong mga lakang, nagtudlo sa mga kompyuter sa pagtagna sa mga istruktura sa protina sa wala pa mahitabo nga sukod.Niadtong Hulyo, ang kompanya nga gipanag-iya sa Alphabet nga DeepMind nagpatik sa usa ka database nga adunay sulud nga istruktura sahalos tanan nga nailhan nga mga protina—200 milyon-dugang nga indibidwal nga mga protina gikan sa kapin sa 100 milyon nga mga espisye—sama sa gitagna sa algorithm sa pagkat-on sa makina nga AlphaFold.Pagkahuman, kaniadtong Nobyembre, gipakita sa tech nga kompanya nga Meta ang pag-uswag niini sa teknolohiya sa prediksyon sa protina nga adunay gitawag nga AI algorithmESMFold.Sa usa ka preprint nga pagtuon nga wala pa gisusi sa mga kauban, ang mga tigdukiduki sa Meta nagtaho nga ang ilang bag-ong algorithm dili tukma sama sa AlphaFold apan mas paspas.Ang dugang nga katulin nagpasabut nga ang mga tigdukiduki makatagna sa 600 milyon nga mga istruktura sa 2 ka semana lamang (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Ang mga biologist sa University of Washington (UW) School of Medicine nagtabangpagpalapad sa biochemical nga kapabilidad sa kompyuter lapas sa template sa kinaiyahanpinaagi sa pagtudlo sa mga makina sa pagsugyot sa pinasahi nga mga protina gikan sa wala.Si David Baker sa UW ug ang iyang team nagmugna og bag-ong tool sa AI nga makahimo sa pagdesinyo sa mga protina pinaagi sa pag-usab-usab sa pagpaayo sa yano nga mga pag-aghat o pinaagi sa pagpuno sa mga kal-ang tali sa pinili nga mga bahin sa usa ka kasamtangan nga istruktura (Siyensiya2022, DOI:10.1126/science.abn2100).Gisugdan usab sa team ang usa ka bag-ong programa, ProteinMPNN, nga mahimong magsugod gikan sa gidisenyo nga 3D nga mga porma ug mga asembliya sa daghang mga subunit sa protina ug dayon mahibal-an ang mga han-ay sa amino acid nga gikinahanglan aron mahimo kini nga episyente (Siyensiya2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Kining biochemically savvy algorithms makatabang sa mga siyentista sa paghimo og mga blueprints para sa artipisyal nga mga protina nga magamit sa bag-ong biomaterials ug pharmaceuticals.
Kredito: Ian C. Haydon/UW Institute for Protein Design
Ang mga algorithm sa pagkat-on sa makina nagtabang sa mga siyentipiko nga magdamgo sa bag-ong mga protina nga adunay piho nga mga gimbuhaton sa hunahuna.
Samtang ang mga ambisyon sa computational chemists motubo, mao usab ang mga kompyuter nga gigamit sa pagsundog sa molekular nga kalibutan.Sa Oak Ridge National Laboratory (ORNL), ang mga chemist nakakita sa usa sa labing gamhanan nga mga supercomputer nga nahimo sukad.Ang exascale supercomputer sa ORNL, Frontier, usa sa mga unang makina nga nagkuwenta ug kapin sa 1 ka quintillion nga floating operations kada segundo, usa ka yunit sa computational arithmetic.Ang katulin sa pag-compute maoy mga tulo ka pilo nga mas paspas kay sa nagharing kampeon, ang supercomputer nga Fugaku sa Japan.Sa sunod nga tuig, duha pa ka nasyonal nga laboratoryo ang nagplano sa pag-debut sa mga exascale nga kompyuter sa US.Ang sobra ka dako nga gahum sa kompyuter niining mga makina nga moderno magtugot sa mga chemist sa pagsundog sa mas dagkong mga sistema sa molekula ug sa mas taas nga mga panahon.Ang mga datos nga nakolekta gikan sa mga modelo makatabang sa mga tigdukiduki sa pagduso sa mga utlanan sa kung unsa ang posible sa kemistriya pinaagi sa pagkunhod sa gintang tali sa mga reaksyon sa usa ka flask ug ang mga virtual nga simulation nga gigamit sa pagmodelo niini."Anaa kami sa usa ka punto diin kami makasugod sa pagpangutana bahin sa kung unsa ang kulang sa among teoretikal nga mga pamaagi o modelo nga makapaduol kanamo kung unsa ang gisulti sa usa ka eksperimento nga tinuod," Theresa Windus, usa ka computational chemist sa Iowa. Ang State University ug nanguna sa proyekto kauban ang Exascale Computing Project, nagsulti sa C&EN kaniadtong Septyembre.Ang mga simulation nga gipadagan sa mga exascale nga kompyuter makatabang sa mga chemist sa pag-imbento sa bag-ong mga tinubdan sa sugnod ug pagdesinyo og bag-ong mga materyales nga makasugakod sa klima.
Sa tibuok nasud, sa Menlo Park, California, ang SLAC National Accelerator Laboratory nag-instalarsupercool nga pag-upgrade sa Linac Coherent Light Source (LCLS)nga makatugot sa mga chemist sa pagtan-aw sa lawom nga bahin sa labing paspas nga kalibutan sa mga atomo ug mga electron.Ang pasilidad gitukod sa usa ka 3 km linear accelerator, ang mga bahin niini gipabugnaw sa liquid helium hangtod sa 2 K, aron makagama og usa ka matang sa superbright, superfast light source nga gitawag ug X-ray free-electron laser (XFEL).Gigamit sa mga chemist ang kusog nga mga pulso sa mga instrumento sa paghimog molekular nga mga salida nga nakapaarang nila sa pagtan-aw sa daghang mga proseso, sama sa pagkaporma sa mga bugkos sa kemikal ug ang mga enzyme sa photosynthetic nga molihok."Sa usa ka femtosecond flash, imong makita ang mga atomo nga nagbarog, ang usa ka atomic bond nabuak," si Leora Dresselhaus-Marais, usa ka siyentista sa materyal nga adunay hiniusang pagtudlo sa Stanford University ug SLAC, misulti sa C&EN niadtong Hulyo.Ang mga pag-upgrade sa LCLS magtugot usab sa mga siyentista nga mas maayo nga tune ang kusog sa X-ray kung ang bag-ong mga kapabilidad mahimong magamit sayo sa sunod tuig.
Credit: SLAC National Accelerator Laboratory
Ang X-ray laser sa SLAC National Accelerator Laboratory gitukod sa usa ka 3 km linear accelerator sa Menlo Park, California.
Karong tuiga, nakita usab sa mga siyentista kung unsa ka kusog ang dugay nang gipaabot nga James Webb Space Telescope (JWST) nga mahimong ipadayag angpagkakomplikado sa kemikal sa atong uniberso.Ang NASA ug ang mga kauban niini—ang European Space Agency, ang Canadian Space Agency, ug ang Space Telescope Science Institute—nakapagawas na ug dinosenang mga hulagway, gikan sa makapasilaw nga mga hulagway sa stellar nebulae ngadto sa elemental fingerprints sa karaang mga galaksiya.Ang $10 bilyon nga infrared nga teleskopyo gidayandayanan sa mga suites sa siyentipikong mga instrumento nga gidesinyo sa pagsuhid sa lawom nga kasaysayan sa atong uniberso.Mga dekada sa paghimo, ang JWST milabaw na sa gipaabot sa mga inhenyero niini pinaagi sa pag-snap og hulagway sa nagtuyok-tuyok nga galaksiya sama sa pagpakita niini 4.6 bilyon ka tuig na ang milabay, kompleto sa spectroscopic nga mga pirma sa oxygen, neon, ug uban pang mga atomo.Gisukod usab sa mga siyentista ang mga pirma sa alisngaw nga mga panganod ug haze sa usa ka exoplanet, nga naghatag ug datos nga makatabang sa mga astrobiologist sa pagpangita sa posibleng mapuy-an nga mga kalibutan lapas sa Yuta.
Oras sa pag-post: Peb-07-2023