Strumenti massivi anu avanzatu a grande chimica in u 2022
Insiemi di dati giganti è strumenti colossali anu aiutatu i scientifichi à affrontà a chimica à scala gigante quest'annu
daAriana Remmel
Creditu: Oak Ridge Leadership Computing Facility à ORNL
U supercomputer Frontier à u Laboratoriu Naziunale Oak Ridge hè u primu di una nova generazione di macchine chì aiuteranu i chimichi à fà simulazioni moleculari più cumplesse chè mai.
I scientifichi anu fattu grandi scuperte cù strumenti superdimensionati in u 2022. Basendu si nantu à a recente tendenza di l'intelligenza artificiale chimicamente cumpetente, i circadori anu fattu grandi passi avanti, insignendu à l'urdinatori à prevede e strutture di e proteine à una scala senza precedenti. In lugliu, a sucietà DeepMind, pusseduta da Alphabet, hà publicatu una basa di dati chì cuntene e strutture diquasi tutte e proteine cunnisciute—Più di 200 milioni di proteine individuali da più di 100 milioni di spezie—cum'è previstu da l'algoritmu di apprendimentu automaticu AlphaFold. Poi, in nuvembre, a cumpagnia tecnologica Meta hà dimustratu i so progressi in a tecnulugia di predizione di proteine cù un algoritmu di IA chjamatuESMFoldIn un studiu di preprint chì ùn hè ancu statu rivedutu da pari, i circadori di Meta anu signalatu chì u so novu algoritmu ùn hè micca cusì precisu cum'è AlphaFold, ma hè più veloce. A velocità aumentata hà significatu chì i circadori puderanu prevede 600 milioni di strutture in solu 2 settimane (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
I biologi di a Facultà di Medicina di l'Università di Washington (UW) stanu aiutenduespande e capacità biochimiche di l'urdinatori oltre u mudellu di a naturainsignendu à e macchine à prupostà proteine persunalizate da zero. David Baker di l'UW è a so squadra anu creatu un novu strumentu d'IA chì pò cuncepisce proteine sia migliurendu iterativamente suggerimenti simplici sia riempiendu i spazii trà e parti selezziunate di una struttura esistente (Scienza2022, DOI:10.1126/scienza.abn2100). A squadra hà ancu debuttatu un novu prugramma, ProteinMPNN, chì pò parte da forme 3D cuncepite è assemblaggi di parechje subunità proteiche è dopu determinà e sequenze di aminoacidi necessarie per fà li in modu efficiente (Scienza2022, DOI:10.1126/scienza.add2187;10.1126/scienza.add1964Quessi algoritmi biochimicamente esperti puderanu aiutà i scientifichi à custruisce piani per proteine artificiali chì puderanu esse aduprate in novi biomateriali è prudutti farmaceutici.
Creditu: Ian C. Haydon/Istitutu UW per a Cuncepzione di Proteine
L'algoritmi di apprendimentu automaticu aiutanu i scientifichi à inventà nuove proteine cù funzioni specifiche in mente.
À misura chì l'ambizioni di i chimichi computazionali crescenu, crescenu ancu l'urdinatori aduprati per simulà u mondu moleculare. À u Laboratoriu Naziunale di Oak Ridge (ORNL), i chimichi anu avutu una prima occhiata à unu di i superurdinatori i più putenti mai custruiti.U supercomputer exascale di l'ORNL, Frontier, hè trà e prime macchine à calculà più di 1 quintilione d'operazioni flottanti per seconda, un'unità di aritmetica computazionale. Sta velocità di calculu hè circa trè volte più veloce di u campione in carica, u supercomputer Fugaku in Giappone. L'annu prossimu, dui altri laboratori naziunali anu intenzione di debuttà computer exascale in i Stati Uniti. A putenza di calculu fuori misura di queste macchine d'avanguardia permetterà à i chimichi di simulà sistemi moleculari ancu più grandi è nantu à scale di tempu più lunghe. I dati raccolti da questi mudelli puderanu aiutà i circadori à spinghje i limiti di ciò chì hè pussibule in chimica riducendu u fossu trà e reazioni in un matrazzu è e simulazioni virtuali aduprate per mudellà li. "Semu à un puntu induve pudemu cumincià à fà veramente dumande nantu à ciò chì manca in i nostri metudi o mudelli teorichi chì ci avvicinerebbenu à ciò chì un esperimentu ci dice chì hè reale", hà dettu à C&EN in settembre Theresa Windus, chimica computazionale à l'Università Statale di l'Iowa è capu di prughjettu cù l'Exascale Computing Project. E simulazioni eseguite nantu à computer exascale puderanu aiutà i chimichi à inventà nuove fonti di carburante è à cuncepisce novi materiali resistenti à u clima.
In tuttu u paese, in Menlo Park, California, u Laboratoriu Naziunale di l'Acceleratore SLAC hè in traccia di stallàaghjurnamenti super cool à a fonte di luce coerente Linac (LCLS)chì puderia permette à i chimichi di fighjà più in fondu in u mondu ultraveloce di l'atomi è di l'elettroni. L'installazione hè custruita annantu à un acceleratore lineare di 3 km, parte di u quale sò raffreddate cù eliu liquidu finu à 2 K, per pruduce un tipu di fonte di luce superbrillante è superveloce chjamata laser à elettroni liberi à raggi X (XFEL). I chimichi anu utilizatu i putenti impulsi di i strumenti per fà filmi moleculari chì li anu permessu di osservà una miriade di prucessi, cum'è a furmazione di ligami chimichi è l'enzimi fotosintetici chì funzionanu. "In un lampu di femtosecondu, pudete vede l'atomi fermi, i ligami atomichi singuli chì si rompenu", hà dettu à C&EN in lugliu Leora Dresselhaus-Marais, una scientifica di i materiali cù incarichi cumuni à l'Università di Stanford è SLAC. L'aghjurnamenti à LCLS permetteranu ancu à i scientifichi di sintonizà megliu l'energie di i raggi X quandu e nuove capacità saranu dispunibili à l'iniziu di l'annu prossimu.
Creditu: Laboratoriu Naziunale di l'Acceleratori SLAC
U laser à raggi X di u Laboratoriu Naziunale di l'Acceleratori SLAC hè custruitu annantu à un acceleratore lineare di 3 km in Menlo Park, California.
Quest'annu, i scientifichi anu vistu ancu quantu putente puderia esse u tantu aspettatu Telescopiu Spaziale James Webb (JWST) per rivelà ucumplessità chimica di u nostru universuA NASA è i so partenarii - l'Agenzia Spaziale Europea, l'Agenzia Spaziale Canadese è u Space Telescope Science Institute - anu digià publicatu decine d'imagine, da ritratti abbaglianti di nebulose stellari à l'impronte digitali elementali di galassie antiche. U telescopiu infrarossu di 10 miliardi di dollari hè dotatu di suite di strumenti scientifichi cuncepiti per esplorà a storia prufonda di u nostru universu. Decennii di creazione, u JWST hà digià superatu l'aspettative di i so ingegneri scattendu una maghjina di una galassia turbinante cum'ella apparia 4,6 miliardi d'anni fà, cumpleta di firme spettroscopiche d'ossigenu, neon è altri atomi. I scientifichi anu ancu misuratu e firme di nuvole vaporose è foschia nantu à un esopianeta, furnendu dati chì puderanu aiutà l'astrobiologi à circà mondi potenzialmente abitabili oltre a Terra.
Data di publicazione: 07-02-2023