Massiewe gereedskap het groot chemie in 2022 bevorder
Reuse datastelle en kolossale instrumente het wetenskaplikes gehelp om chemie op 'n reuse-skaal vanjaar aan te pak.
deurAriana Remmel
Krediet: Oak Ridge Leierskap Rekenaarfasiliteit by ORNL
Die Frontier-superrekenaar by die Oak Ridge Nasionale Laboratorium is die eerste van 'n nuwe generasie masjiene wat chemici sal help om molekulêre simulasies aan te pak wat meer kompleks is as ooit tevore.
Wetenskaplikes het in 2022 groot ontdekkings met supergroot gereedskap gemaak. Voortbouend op die onlangse tendens van chemies bekwame kunsmatige intelligensie, het navorsers groot vordering gemaak deur rekenaars te leer om proteïenstrukture op 'n ongekende skaal te voorspel. In Julie het die Alphabet-besit maatskappy DeepMind 'n databasis gepubliseer wat die strukture van ... bevat.byna alle bekende proteïene—200 miljoen-plus individuele proteïene van meer as 100 miljoen spesies—soos voorspel deur die masjienleer-algoritme AlphaFold. Toe, in November, het die tegnologiemaatskappy Meta sy vordering in proteïenvoorspellingstegnologie gedemonstreer met 'n KI-algoritme genaamdESMFouIn 'n voordrukstudie wat nog nie deur eweknieë geëvalueer is nie, het Meta-navorsers berig dat hul nuwe algoritme nie so akkuraat soos AlphaFold is nie, maar vinniger is. Die verhoogde spoed het beteken dat die navorsers 600 miljoen strukture in net 2 weke kon voorspel (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Bioloë aan die Universiteit van Washington (UW) se Skool vir Geneeskunde helpbrei rekenaars se biochemiese vermoëns uit buite die natuur se sjabloondeur masjiene te leer om pasgemaakte proteïene van nuuts af voor te stel. UW se David Baker en sy span het 'n nuwe KI-instrument geskep wat proteïene kan ontwerp deur óf iteratief eenvoudige aanwysings te verbeter óf deur die gapings tussen geselekteerde dele van 'n bestaande struktuur in te vul (Wetenskap2022, DOI:10.1126/wetenskap.abn2100Die span het ook 'n nuwe program, ProteinMPNN, bekendgestel wat kan begin met ontwerpte 3D-vorms en samestellings van veelvuldige proteïensubeenhede en dan die aminosuurvolgordes bepaal wat nodig is om hulle doeltreffend te maak (Wetenskap2022, DOI:10.1126/wetenskap.add2187;10.1126/wetenskap.add1964Hierdie biochemies-vaardige algoritmes kan wetenskaplikes help om bloudrukke te bou vir kunsmatige proteïene wat in nuwe biomateriale en farmaseutiese produkte gebruik kan word.
Krediet: Ian C. Haydon/UW Instituut vir Proteïenontwerp
Masjienleeralgoritmes help wetenskaplikes om nuwe proteïene met spesifieke funksies in gedagte te bedink.
Soos berekeningschemici se ambisies groei, groei ook die rekenaars wat gebruik word om die molekulêre wêreld te simuleer. By die Oak Ridge Nasionale Laboratorium (ORNL) het chemici 'n eerste kykie gekry na een van die kragtigste superrekenaars wat ooit gebou is.ORNL se eksaskaal-superrekenaar, Frontier, is onder die eerste masjiene wat meer as 1 kwintiljoen drywende bewerkings per sekonde, 'n eenheid van berekeningsrekenkunde, bereken. Daardie berekeningspoed is ongeveer drie keer so vinnig soos die heersende kampioen, die superrekenaar Fugaku in Japan. In die volgende jaar beplan nog twee nasionale laboratoriums om eksaskaal-rekenaars in die VSA te debuteer. Die buitengewone rekenaarkrag van hierdie moderne masjiene sal chemici in staat stel om selfs groter molekulêre stelsels en op langer tydskale te simuleer. Die data wat uit daardie modelle versamel word, kan navorsers help om die grense van wat moontlik is in chemie te verskuif deur die gaping tussen die reaksies in 'n fles en die virtuele simulasies wat gebruik word om hulle te modelleer, te vernou. "Ons is op 'n punt waar ons regtig vrae kan begin vra oor wat dit is wat ontbreek in ons teoretiese metodes of modelle wat ons nader sou bring aan wat 'n eksperiment vir ons sê werklik is," het Theresa Windus, 'n berekeningschemikus aan die Iowa State University en projekleier met die Exascale Computing Project, in September aan C&EN gesê. Simulasies wat op eksaskaal-rekenaars uitgevoer word, kan chemici help om nuwe brandstofbronne uit te vind en nuwe klimaatbestande materiale te ontwerp.
Regoor die land, in Menlo Park, Kalifornië, installeer die SLAC Nasionale Versnellerlaboratoriumsuperkoel opgraderings aan die Linac Coherent Light Source (LCLS)wat chemici in staat kan stel om dieper in die ultrasnelle wêreld van atome en elektrone te loer. Die fasiliteit is gebou op 'n 3 km lange lineêre versneller, waarvan dele met vloeibare helium tot 2 K afgekoel word, om 'n tipe superhelder, supersnelle ligbron genaamd 'n X-straal-vrye-elektronlaser (XFEL) te produseer. Chemici het die instrumente se kragtige pulse gebruik om molekulêre films te maak wat hulle in staat gestel het om talle prosesse te sien, soos chemiese bindings wat vorm en fotosintetiese ensieme wat aan die werk gaan. "In 'n femtosekonde-flits kan jy atome sien stilstaan, enkele atoombindings wat breek," het Leora Dresselhaus-Marais, 'n materiaalwetenskaplike met gesamentlike aanstellings by Stanford Universiteit en SLAC, in Julie aan C&EN gesê. Die opgraderings aan LCLS sal wetenskaplikes ook in staat stel om die energieë van X-strale beter in te stel wanneer die nuwe vermoëns vroeg volgende jaar beskikbaar word.
Krediet: SLAC Nasionale Versnellerlaboratorium
SLAC Nasionale Versnellerlaboratorium se X-straallaser is gebou op 'n 3 km lineêre versneller in Menlo Park, Kalifornië.
Vanjaar het wetenskaplikes ook gesien hoe kragtig die langverwagte James Webb-ruimteteleskoop (JWST) kan wees om die ... te onthul.chemiese kompleksiteit van ons heelalNASA en sy vennote—die Europese Ruimteagentskap, die Kanadese Ruimteagentskap en die Space Telescope Science Institute—het reeds dosyne beelde vrygestel, van verstommende portrette van sternewels tot die elementêre vingerafdrukke van antieke sterrestelsels. Die $10 miljard infrarooi teleskoop is toegerus met 'n reeks wetenskaplike instrumente wat ontwerp is om die diep geskiedenis van ons heelal te verken. Dekades in wording, het die JWST reeds die verwagtinge van sy ingenieurs oortref deur 'n beeld te neem van 'n draaiende sterrestelsel soos dit 4,6 miljard jaar gelede gelyk het, kompleet met spektroskopiese handtekeninge van suurstof, neon en ander atome. Wetenskaplikes het ook handtekeninge van stomende wolke en mis op 'n eksoplaneet gemeet, wat data verskaf wat astrobioloë kan help om na potensieel bewoonbare wêrelde buite die Aarde te soek.
Plasingstyd: 7 Februarie 2023