Strumenti massivi avanzavanu a grande chimica in 2022
Setti di dati giganteschi è strumenti colossali anu aiutatu i scientisti à affruntà a chimica à una scala gigante questu annu
daAriana Remmel
Creditu: Oak Ridge Leadership Computing Facility à ORNL
U supercomputer Frontier in u Laboratoriu Naziunale di Oak Ridge hè u primu di una nova generazione di macchine chì aiutanu i chimichi à piglià simulazioni moleculari chì sò più cumplessi chè mai.
I scientisti anu fattu grandi scuperte cù arnesi supersized in 2022. Basendu nantu à a tendenza recente di l'intelligenza artificiale chimicamente cumpetente, i circadori anu fattu grandi passi, insignendu l'urdinatori per predichendu strutture di prutezione in una scala senza precedente.In lugliu, a cumpagnia di Alphabet DeepMind hà publicatu una basa di dati chì cuntene e strutture diquasi tutte e proteine cunnisciute- 200 milioni di più di proteine individuali da più di 100 milioni di spezie - cum'è previstu da l'algoritmu di apprendimentu automaticu AlphaFold.Dopu, in nuvembre, a cumpagnia di tecnulugia Meta hà dimustratu u so prugressu in a tecnulugia di predizione di prutezione cù un algoritmu AI chjamatuESMFfold.In un studiu di preprint chì ùn hè micca statu ancu rivedutu da i pari, i ricercatori di Meta anu infurmatu chì u so novu algoritmu ùn hè micca cusì precisu cum'è AlphaFold, ma hè più veloce.A velocità aumentata significava chì i circadori puderanu predichendu 600 milioni di strutture in solu 2 settimane (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
I biologi di a Scola di Medicina di l'Università di Washington (UW) aiutanuespansione e capacità biochimiche di l'ordinateur oltre u mudellu di a naturada l'insignamentu di e machini à prupona proteini apposta da zero.David Baker di UW è u so squadra anu creatu un novu strumentu AI chì pò cuncepisce proteine migliurendu in modu iterativu nantu à suggerimenti simplici o cumpiendu e lacune trà e parti scelte di una struttura esistente (Scienza2022, DOI:10.1126/science.abn2100).A squadra hà ancu debutatu un novu prugramma, ProteinMPNN, chì pò principià da forme 3D cuncepite è assemblee di parechje subunità di proteine è poi determinà e sequenze di aminoacidi necessarii per fà in modu efficiente (Scienza2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Questi algoritmi biochimicamente savvy puderanu aiutà i scientisti in a custruzzione di blueprints per proteine artificiali chì puderanu esse aduprate in novi biomateriali è farmaci.
Creditu: Ian C. Haydon / UW Institute for Protein Design
L'algoritmi di apprendimentu automaticu aiutanu i scientisti à sognu di novi proteini cù funzioni specifiche in mente.
Cum'è l'ambizioni di i chimichi computazionali cresce, cusì cresce l'urdinatori utilizati per simulà u mondu moleculare.In u Laboratoriu Naziunale di Oak Ridge (ORNL), i chimichi anu avutu un primu sguardu à unu di i supercomputer più putenti mai custruiti.U supercomputer exascale di ORNL, Frontier, hè trà e prime macchine à calculà più di 1 quintilioni di operazioni flottanti per seconda, una unità di aritmetica computazionale.Questa velocità di l'informatica hè circa trè volte più veloce di u campionu in carica, u supercomputer Fugaku in Giappone.In l'annu dopu, dui laboratori naziunali più prughjettanu di debutà i computer exascale in i Stati Uniti.A putenza di l'informatica eccezziunale di queste macchine di punta permetterà à i chimichi di simulà sistemi molecolari ancu più grande è in tempi più longu.I dati raccolti da quelli mudelli puderianu aiutà i circadori à spinghje i limiti di ciò chì hè pussibule in chimica ristringendu u distaccu trà e reazzioni in un fiasconu è e simulazioni virtuali utilizati per mudeli."Semu in un puntu induve pudemu cumincià veramente à fà dumande nantu à ciò chì manca da i nostri metudi teorichi o mudelli chì ci avvicinavanu più vicinu à ciò chì un esperimentu ci dice chì hè reale", Theresa Windus, una chimica computazionale in Iowa. L'Università Statale è u prughjettu guidanu cù u Prughjettu di Computing Exascale, hà dettu à C&EN in settembre.E simulazioni eseguite in computer exascale puderanu aiutà i chimichi à inventà novi fonti di carburante è cuncepisce novi materiali resistenti à u clima.
In tuttu u paese, in Menlo Park, California, u Laboratoriu Naziunale di Accelerazione SLAC hè stallatusupercool aghjurnamenti à a Linac Coherent Light Source (LCLS)chì puderia permette à i chimichi di guardà più in u mondu ultrarapidu di l'atomi è l'elettroni.A facilità hè custruita nantu à un acceleratore lineare di 3 km, parti di quale sò rinfriscati cù l'heliu liquidu finu à 2 K, per pruduce un tipu di sorgente luminosa superbright, superrapida chjamata laser d'elettroni gratuiti à raghji X (XFEL).I chimichi anu utilizatu impulsi putenti di l'instrumenti per fà filmi molecolari chì li anu permessu di fighjà una miriade di prucessi, cum'è a furmazione di ligami chimichi è l'enzimi fotosintetichi chì anu da travaglià."In un lampu di femtosecondu, pudete vede l'atomi fermi, i ligami atomichi unichi chì si rompenu", Leora Dresselhaus-Marais, una scientifica di materiali cun appuntamenti cumuni à l'Università di Stanford è SLAC, hà dettu à C&EN in lugliu.L'aghjurnamenti à LCLS permetteranu ancu à i scientisti di sintonizà megliu l'energie di i raghji X quandu e novi capacità diventanu dispunibili à principiu di l'annu prossimu.
Creditu: Laboratoriu Naziunale di Accelerazione SLAC
U laser di raghji X di SLAC National Accelerator Laboratory hè custruitu nantu à un acceleratore lineare di 3 km in Menlo Park, California.
Quist'annu, i scientisti anu vistu ancu quantu putente puderia esse u telescopiu spaziale James Webb (JWST) tantu aspittatu per revelà ucumplessità chimica di u nostru universu.A NASA è i so cumpagni - l'Agenzia Spaziale Europea, l'Agenzia Spaziale Canadese è l'Istitutu di Scienze di u Telescopiu Spaziale - anu digià publicatu decine d'imaghjini, da ritratti abbaglianti di nebulose stellari à l'impronte digitali elementari di galassie antiche.U telescopiu infrarossu di $ 10 miliardi hè decoratu cù suite di strumenti scientifichi pensati per spiegà a storia prufonda di u nostru universu.Dicenni in a creazione, u JWST hà digià superatu l'aspettattivi di i so ingegneri scattendu una maghjina di una galassia rotante cum'è apparsu 4,6 miliardi d'anni fà, cumpletu cù signature spettroscopiche di l'ossigenu, neon è altri atomi.I scientisti anu misuratu ancu e firme di nuvole vaporose è nebbia nantu à un exoplaneta, furnisce dati chì puderanu aiutà l'astrobiologi à circà mondi potenzialmente abitabili oltre a Terra.
Tempu di Postu: Feb-07-2023