Масіўныя інструменты прасунулі вялікую хімію ў 2022 годзе
Гіганцкія наборы даных і каласальныя прыборы дапамаглі навукоўцам заняцца хіміяй у гіганцкім маштабе ў гэтым годзе
паАрыяна Рэмель
Аўтар: Oak Ridge Leadership Computing Facility ў ORNL
Суперкамп'ютэр Frontier у Нацыянальнай лабараторыі Ок-Рыджа - першы з новага пакалення машын, якія дапамогуць хімікам займацца малекулярным мадэляваннем, якое з'яўляецца больш складаным, чым калі-небудзь раней.
У 2022 годзе навукоўцы зрабілі вялікія адкрыцці з дапамогай звышпамерных інструментаў. Абапіраючыся на нядаўнюю тэндэнцыю хімічна кампетэнтнага штучнага інтэлекту, даследчыкі дасягнулі вялікіх поспехаў, навучыўшы камп'ютэры прагназаваць структуры бялкоў у беспрэцэдэнтным маштабе.У ліпені кампанія DeepMind, якая належыць Alphabet, апублікавала базу дадзеных, якая змяшчае структурыамаль усе вядомыя вавёркі—Больш за 200 мільёнаў асобных бялкоў з больш чым 100 мільёнаў відаў, як прадказвае алгарытм машыннага навучання AlphaFold.Затым, у лістападзе, тэхналагічная кампанія Meta прадэманстравала свой прагрэс у тэхналогіі прагназавання бялку з дапамогай алгарытму AI пад назвайESMFold.У прэпрынтным даследаванні, якое яшчэ не прайшло экспертную рэцэнзію, даследчыкі Meta паведамілі, што іх новы алгарытм не такі дакладны, як AlphaFold, але больш хуткі.Павелічэнне хуткасці азначала, што даследчыкі маглі прадказаць 600 мільёнаў структур усяго за 2 тыдні (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Біёлагі з Медыцынскай школы Універсітэта Вашынгтона (UW) дапамагаюцьпашырыць біяхімічныя магчымасці кампутараў за межы прыроднага шаблонунавучаючы машыны прапаноўваць індывідуальныя вавёркі з нуля.Дэвід Бэйкер з UW і яго каманда стварылі новы інструмент штучнага інтэлекту, які можа распрацоўваць вавёркі шляхам ітэрацыйнага ўдасканалення простых падказак або запаўнення прабелаў паміж выбранымі часткамі існуючай структуры (Навука2022, DOI:10.1126/science.abn2100).Каманда таксама дэбютавала з новай праграмай ProteinMPNN, якая можа пачынаць з распрацаваных трохмерных формаў і зборак некалькіх субадзінак бялку, а затым вызначаць амінакіслотныя паслядоўнасці, неабходныя для іх эфектыўнага стварэння (Навука2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Гэтыя біяхімічна падкаваныя алгарытмы могуць дапамагчы навукоўцам у стварэнні чарцяжоў для штучных бялкоў, якія могуць быць выкарыстаны ў новых біяматэрыялах і фармацэўтычных прэпаратах.
Аўтар аўтарства: Ян С. Хэйдан/Інстытут дызайну бялку UW
Алгарытмы машыннага навучання дапамагаюць навукоўцам ствараць новыя вавёркі з улікам пэўных функцый.
Па меры росту амбіцый хімікаў-вылічальнікаў растуць і камп'ютэры, якія выкарыстоўваюцца для мадэлявання малекулярнага свету.У Нацыянальнай лабараторыі Ок-Рыджа (ORNL) хімікі ўпершыню ўбачылі адзін з самых магутных суперкампутараў, калі-небудзь створаных.Эксамаштабны суперкампутар ORNL Frontier, з'яўляецца адной з першых машын, якія вылічваюць больш за 1 квінтыльён плаваючых аперацый у секунду, адзінку вылічальнай арыфметыкі.Гэтая хуткасць вылічэнняў прыкладна ў тры разы перавышае хуткасць дзеючага чэмпіёна, суперкампутара Fugaku з Японіі.У наступным годзе яшчэ дзве нацыянальныя лабараторыі плануюць дэбютаваць эксамаштабныя кампутары ў ЗША.Велізарная камп'ютэрная магутнасць гэтых сучасных машын дазволіць хімікам мадэляваць яшчэ большыя малекулярныя сістэмы і ў больш працяглым часе.Дадзеныя, сабраныя з гэтых мадэляў, могуць дапамагчы даследчыкам пашырыць межы таго, што магчыма ў хіміі, скараціўшы разрыў паміж рэакцыямі ў колбе і віртуальным мадэляваннем, якое выкарыстоўваецца для іх мадэлявання.«Мы знаходзімся ў той кропцы, калі можам пачаць сапраўды задаваць пытанні аб тым, чаго не хапае нашым тэарэтычным метадам або мадэлям, якія маглі б наблізіць нас да таго, што эксперымент кажа нам, што гэта рэальна», — Тэрэза Віндус, хімік-вылічальнік з Аёвы Дзяржаўны ўніверсітэт і кіраўнік праекта Exascale Computing Project, паведаміў C&EN у верасні.Мадэляванне, якое праводзіцца на эксамаштабных камп'ютарах, можа дапамагчы хімікам вынайсці новыя крыніцы паліва і распрацаваць новыя ўстойлівыя да клімату матэрыялы.
Па ўсёй краіне, у Менла-Парку, Каліфорнія, Нацыянальная паскаральная лабараторыя SLAC усталёўваезвышахалоджаныя мадэрнізацыі кагерэнтнай крыніцы святла Linac (LCLS)што магло б дазволіць хімікам зазірнуць глыбей у звышхуткі свет атамаў і электронаў.Аб'ект пабудаваны на 3-кіламетровым лінейным паскаральніку, часткі якога астуджаюцца вадкім геліем да 2 К, каб вырабляць тып звышяркай, звышхуткай крыніцы святла, які называецца рэнтгенаўскі лазер на свабодных электронах (XFEL).Хімікі выкарысталі магутныя імпульсы прыбораў для стварэння малекулярных фільмаў, якія дазволілі ім назіраць мноства працэсаў, такіх як фарміраванне хімічных сувязяў і праца фотасінтэтычных ферментаў.«У фемтасекундным выбліску вы можаце ўбачыць, як атамы стаяць на месцы, як разрываюцца адзінкавыя атамныя сувязі», — сказала C&EN у ліпені Леора Дрэсельгаўз-Марэ, навуковец па матэрыялах, якая працуе ў Стэнфардскім універсітэце і SLAC.Абнаўленне LCLS таксама дазволіць навукоўцам лепш наладжваць энергію рэнтгенаўскіх прамянёў, калі новыя магчымасці стануць даступнымі ў пачатку наступнага года.
Аўтар: Нацыянальная паскаральная лабараторыя SLAC
Рэнтгенаўскі лазер SLAC National Accelerator Laboratory пабудаваны на 3-кіламетровым лінейным паскаральніку ў Менла-Парк, Каліфорнія.
У гэтым годзе навукоўцы таксама ўбачылі, наколькі магутным можа быць доўгачаканы касмічны тэлескоп Джэймса Уэба (JWST) для выяўленняхімічная складанасць нашага Сусвету.NASA і яго партнёры — Еўрапейскае касмічнае агенцтва, Канадскае касмічнае агенцтва і Навуковы інстытут касмічнага тэлескопа — ужо апублікавалі дзесяткі здымкаў, ад асляпляльных партрэтаў зорных туманнасцей да элементарных адбіткаў пальцаў старажытных галактык.Інфрачырвоны тэлескоп коштам 10 мільярдаў долараў абсталяваны наборамі навуковых прыбораў, прызначаных для вывучэння глыбокай гісторыі нашага Сусвету.JWST, які распрацоўваўся дзесяцігоддзямі, ужо перасягнуў чаканні сваіх інжынераў, зрабіўшы выяву галактыкі, якая круціцца, такой, якой яна з'явілася 4,6 мільярда гадоў таму, у камплекце са спектраскапічнымі прыкметамі атамаў кіслароду, неону і іншых.Навукоўцы таксама вымералі прыкметы парывых аблокаў і дымкі на экзапланеце, даючы дадзеныя, якія маглі б дапамагчы астрабіёлагам шукаць патэнцыйна прыдатныя для жыцця светы за межамі Зямлі.
Час публікацыі: 07 лютага 2023 г