Ang malalaking tool ay nag-advance ng malaking chemistry noong 2022
Ang napakalaking set ng data at malalaking instrumento ay nakatulong sa mga siyentipiko na harapin ang chemistry sa isang higanteng sukat sa taong ito
sa pamamagitan ngAriana Remmel
Pinasasalamatan: Oak Ridge Leadership Computing Facility sa ORNL
Ang Frontier supercomputer sa Oak Ridge National Laboratory ay ang una sa isang bagong henerasyon ng mga makina na tutulong sa mga chemist na kumuha ng mga molecular simulation na mas kumplikado kaysa dati.
Nakagawa ang mga siyentipiko ng malalaking pagtuklas gamit ang mga supersized na tool noong 2022. Batay sa kamakailang trend ng artificial intelligence na may kakayahang kemikal, gumawa ang mga mananaliksik ng mahusay na mga hakbang, na nagtuturo sa mga computer na mahulaan ang mga istruktura ng protina sa hindi pa nagagawang sukat.Noong Hulyo, ang kumpanyang pag-aari ng Alphabet na DeepMind ay nag-publish ng isang database na naglalaman ng mga istruktura nghalos lahat ng kilalang protina—200 milyon-plus indibidwal na protina mula sa mahigit 100 milyong species—gaya ng hinulaang ng machine learning algorithm na AlphaFold.Pagkatapos, noong Nobyembre, ipinakita ng tech na kumpanyang Meta ang pag-unlad nito sa teknolohiya ng paghula ng protina na may tinatawag na AI algorithmESMFold.Sa isang preprint na pag-aaral na hindi pa nasusuri ng peer, iniulat ng mga mananaliksik ng Meta na ang kanilang bagong algorithm ay hindi kasing-tumpak ng AlphaFold ngunit mas mabilis.Nangangahulugan ang tumaas na bilis na mahuhulaan ng mga mananaliksik ang 600 milyong istruktura sa loob lamang ng 2 linggo (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Tumutulong ang mga biologist sa University of Washington (UW) School of Medicinepalawakin ang mga biochemical na kakayahan ng mga computer na lampas sa template ng kalikasansa pamamagitan ng pagtuturo sa mga makina na magmungkahi ng mga pasadyang protina mula sa simula.Si David Baker ng UW at ang kanyang koponan ay lumikha ng bagong AI tool na maaaring magdisenyo ng mga protina sa pamamagitan ng paulit-ulit na pagpapabuti sa mga simpleng senyas o sa pamamagitan ng pagpuno sa mga puwang sa pagitan ng mga piling bahagi ng isang umiiral na istraktura (Agham2022, DOI:10.1126/science.abn2100).Nag-debut din ang koponan ng isang bagong programa, ang ProteinMPNN, na maaaring magsimula sa mga idinisenyong 3D na hugis at mga pagtitipon ng maramihang mga subunit ng protina at pagkatapos ay matukoy ang mga pagkakasunud-sunod ng amino acid na kailangan upang gawin ang mga ito nang mahusay (Agham2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964).Ang mga biochemically savvy algorithm na ito ay maaaring makatulong sa mga siyentipiko sa pagbuo ng mga blueprint para sa mga artipisyal na protina na maaaring magamit sa mga bagong biomaterial at parmasyutiko.
Pinasasalamatan: Ian C. Haydon/UW Institute for Protein Design
Ang mga algorithm sa pag-aaral ng machine ay tumutulong sa mga siyentipiko na mangarap ng mga bagong protina na may mga partikular na function na nasa isip.
Habang lumalaki ang mga ambisyon ng mga computational chemist, lumalaki din ang mga computer na ginamit upang gayahin ang mundo ng molekular.Sa Oak Ridge National Laboratory (ORNL), unang nasilip ng mga chemist ang isa sa pinakamakapangyarihang supercomputer na nagawa kailanman.Ang exascale supercomputer ng ORNL, Frontier, ay kabilang sa mga unang makina na nagkalkula ng higit sa 1 quintillion floating operations bawat segundo, isang yunit ng computational arithmetic.Ang bilis ng pag-compute na iyon ay halos tatlong beses na mas mabilis kaysa sa naghaharing kampeon, ang supercomputer na Fugaku sa Japan.Sa susunod na taon, dalawa pang pambansang laboratoryo ang nagpaplanong mag-debut ng mga exascale na computer sa US.Ang sobrang laki ng kapangyarihan ng computer ng mga makabagong makinang ito ay magbibigay-daan sa mga chemist na gayahin ang mas malalaking molecular system at sa mas mahabang timescale.Ang data na nakolekta mula sa mga modelong iyon ay maaaring makatulong sa mga mananaliksik na itulak ang mga hangganan ng kung ano ang posible sa chemistry sa pamamagitan ng pagpapaliit ng agwat sa pagitan ng mga reaksyon sa isang flask at ang mga virtual na simulation na ginamit upang i-modelo ang mga ito."Nasa punto na tayo kung saan maaari tayong magsimulang magtanong tungkol sa kung ano ang nawawala sa ating mga teoretikal na pamamaraan o modelo na maglalapit sa atin sa kung ano ang sinasabi sa atin ng isang eksperimento na totoo," Theresa Windus, isang computational chemist sa Iowa. State University at nangunguna sa proyekto kasama ang Exascale Computing Project, sinabi sa C&EN noong Setyembre.Ang mga simulation na tumatakbo sa mga exascale na computer ay maaaring makatulong sa mga chemist na mag-imbento ng mga bagong mapagkukunan ng gasolina at magdisenyo ng mga bagong materyal na nababanat sa klima.
Sa buong bansa, sa Menlo Park, California, ini-install ang SLAC National Accelerator Laboratorysupercool na pag-upgrade sa Linac Coherent Light Source (LCLS)na maaaring magpapahintulot sa mga chemist na sumilip nang mas malalim sa ultrafast na mundo ng mga atom at electron.Ang pasilidad ay itinayo sa isang 3 km linear accelerator, ang mga bahagi nito ay pinalamig ng likidong helium hanggang 2 K, upang makagawa ng isang uri ng napakaliwanag, napakabilis na pinagmumulan ng liwanag na tinatawag na X-ray free-electron laser (XFEL).Ginamit ng mga chemist ang malalakas na pulso ng mga instrumento upang makagawa ng mga molecular na pelikula na nagbigay-daan sa kanila na manood ng napakaraming proseso, tulad ng pagbuo ng mga chemical bond at mga photosynthetic enzyme na gagana."Sa isang femtosecond flash, makikita mo ang mga atom na nakatayo, nag-iisang atomic bond na nasira," sinabi ni Leora Dresselhaus-Marais, isang material scientist na may magkasanib na appointment sa Stanford University at SLAC, sa C&EN noong Hulyo.Ang mga pag-upgrade sa LCLS ay magbibigay-daan din sa mga siyentipiko na mas mahusay na ibagay ang mga enerhiya ng X-ray kapag ang mga bagong kakayahan ay naging available sa unang bahagi ng susunod na taon.
Pinasasalamatan: SLAC National Accelerator Laboratory
Ang X-ray laser ng SLAC National Accelerator Laboratory ay binuo sa isang 3 km linear accelerator sa Menlo Park, California.
Sa taong ito, nakita din ng mga siyentipiko kung gaano kalakas ang pinakahihintay na James Webb Space Telescope (JWST) para ibunyag angpagiging kumplikado ng kemikal ng ating uniberso.Ang NASA at ang mga kasosyo nito—ang European Space Agency, ang Canadian Space Agency, at ang Space Telescope Science Institute—ay naglabas na ng dose-dosenang mga larawan, mula sa nakasisilaw na mga larawan ng stellar nebulae hanggang sa mga elemental na fingerprint ng mga sinaunang galaxy.Ang $10 bilyong infrared telescope ay nilagyan ng mga suite ng siyentipikong instrumento na idinisenyo upang tuklasin ang malalim na kasaysayan ng ating uniberso.Mga dekada sa paggawa, nalampasan na ng JWST ang mga inaasahan ng mga inhinyero nito sa pamamagitan ng pagkuha ng larawan ng umiikot na kalawakan gaya ng paglitaw nito 4.6 bilyong taon na ang nakalilipas, kumpleto sa spectroscopic na mga lagda ng oxygen, neon, at iba pang mga atom.Sinukat din ng mga siyentipiko ang mga lagda ng umuusok na ulap at manipis na ulap sa isang exoplanet, na nagbibigay ng data na makakatulong sa mga astrobiologist na maghanap ng mga potensyal na matitirahan na mundo sa kabila ng Earth.
Oras ng post: Peb-07-2023