Għodod massivi avvanzaw il-kimika kbira fl-2022
Settijiet ta’ dejta ġganteski u strumenti kolossali għenu lix-xjenzati jittrattaw il-kimika fuq skala ġganteska din is-sena
minnAriana Remmel
Kreditu: Faċilità tal-Kompjuters tat-Tmexxija ta' Oak Ridge f'ORNL
Is-superkompjuter Frontier fil-Laboratorju Nazzjonali ta' Oak Ridge huwa l-ewwel wieħed minn ġenerazzjoni ġdida ta' magni li se jgħinu lill-kimiċi jwettqu simulazzjonijiet molekulari li huma aktar kumplessi minn qatt qabel.
Fl-2022, ix-xjentisti għamlu skoperti kbar b'għodod kbar ħafna. Filwaqt li bnew fuq ix-xejra reċenti ta' intelliġenza artifiċjali kimikament kompetenti, ir-riċerkaturi għamlu passi kbar 'il quddiem, billi għallmu lill-kompjuters ibassru strutturi tal-proteini fuq skala bla preċedent. F'Lulju, il-kumpanija DeepMind, proprjetà ta' Alphabet, ippubblikat database li fiha l-istrutturi ta'kważi l-proteini kollha magħrufa—aktar minn 200 miljun proteina individwali minn aktar minn 100 miljun speċi—kif imbassar mill-algoritmu tat-tagħlim awtomatiku AlphaFold. Imbagħad, f'Novembru, il-kumpanija tat-teknoloġija Meta wriet il-progress tagħha fit-teknoloġija tat-tbassir tal-proteini b'algoritmu tal-IA msejjaħESMFoldFi studju ta’ qabel l-istampar li għadu ma ġiex rivedut mill-pari, ir-riċerkaturi ta’ Meta rrappurtaw li l-algoritmu l-ġdid tagħhom mhuwiex preċiż daqs AlphaFold iżda huwa aktar mgħaġġel. Iż-żieda fil-veloċità fissret li r-riċerkaturi setgħu jbassru 600 miljun struttura f’ġimagħtejn biss (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Bijologi fl-Iskola tal-Mediċina tal-Università ta’ Washington (UW) qed jgħinujespandu l-kapaċitajiet bijokimiċi tal-kompjuters lil hinn mill-mudell tan-naturabilli jgħallmu lill-magni jipproponu proteini mfassla apposta mill-bidu. David Baker tal-UW u t-tim tiegħu ħolqu għodda ġdida tal-AI li tista' tiddisinja proteini billi jew ittejjeb b'mod iterattiv fuq prompts sempliċi jew billi timla l-lakuni bejn partijiet magħżula ta' struttura eżistenti (Xjenza2022, DOI:10.1126/xjenza.abn2100). It-tim introduċa wkoll programm ġdid, ProteinMPNN, li jista' jibda minn forom 3D iddisinjati u assemblaġġi ta' diversi sottounitajiet ta' proteini u mbagħad jiddetermina s-sekwenzi tal-aċidi amminiċi meħtieġa biex jagħmilhom b'mod effiċjenti (Xjenza2022, DOI:10.1126/xjenza.add2187;10.1126/xjenza.add1964Dawn l-algoritmi bijokimikament avvanzati jistgħu jgħinu lix-xjenzati fil-bini ta’ pjanijiet għal proteini artifiċjali li jistgħu jintużaw f’bijomaterjali u farmaċewtiċi ġodda.
Kreditu: Ian C. Haydon/Istitut tal-UW għad-Disinn tal-Proteini
L-algoritmi tat-tagħlim awtomatiku qed jgħinu lix-xjenzati joħolqu proteini ġodda b'funzjonijiet speċifiċi f'moħħhom.
Hekk kif jikbru l-ambizzjonijiet tal-kimiċi komputazzjonali, jikbru wkoll il-kompjuters użati biex jissimulaw id-dinja molekulari. Fil-Laboratorju Nazzjonali ta' Oak Ridge (ORNL), il-kimiċi kellhom l-ewwel ħarsa lejn wieħed mill-aktar superkompjuters qawwija li qatt inbnew.Is-superkompjuter exascale tal-ORNL, Frontier, hija fost l-ewwel magni li tikkalkula aktar minn kwintiljun operazzjoni f'wiċċ l-ilma kull sekonda, unità ta' aritmetika komputazzjonali. Dik il-veloċità tal-komputazzjoni hija madwar tliet darbiet aktar mgħaġġla miċ-champion renjanti, is-superkompjuter Fugaku fil-Ġappun. Fis-sena d-dieħla, żewġ laboratorji nazzjonali oħra qed jippjanaw li jniedu kompjuters exascale fl-Istati Uniti. Il-qawwa kbira tal-kompjuter ta' dawn il-magni avvanzati se tippermetti lill-kimiċi jissimulaw sistemi molekulari saħansitra akbar u fuq skali ta' żmien itwal. Id-dejta miġbura minn dawk il-mudelli tista' tgħin lir-riċerkaturi jimbuttaw il-konfini ta' dak li hu possibbli fil-kimika billi jnaqqsu d-distakk bejn ir-reazzjonijiet fi flask u s-simulazzjonijiet virtwali użati biex jimmudellawhom. "Wasalna f'punt fejn nistgħu nibdew verament nistaqsu mistoqsijiet dwar x'inhu nieqes mill-metodi jew mudelli teoretiċi tagħna li jressquna eqreb lejn dak li esperiment qed jgħidilna li hu reali," qalet lil C&EN f'Settembru Theresa Windus, kimika komputazzjonali fl-Università Statali ta' Iowa u mexxejja tal-proġett mal-Proġett tal-Kompjuter Exascale. Simulazzjonijiet imħaddma fuq kompjuters exascale jistgħu jgħinu lill-kimiċi jivvintaw sorsi ġodda ta' fjuwil u jiddisinjaw materjali ġodda reżiljenti għall-klima.
Madwar il-pajjiż, f'Menlo Park, California, il-Laboratorju Nazzjonali tal-Aċċeleratur SLAC qed jinstallaaġġornamenti supercool għas-Sors tad-Dawl Koerenti Linac (LCLS)li jista' jippermetti lill-kimiċi jħarsu aktar fil-fond fid-dinja ultraveloċi tal-atomi u l-elettroni. Il-faċilità hija mibnija fuq aċċeleratur lineari ta' 3 km, li partijiet minnu huma mkessħin b'elju likwidu sa 2 K, biex jipproduċu tip ta' sors ta' dawl super qawwi u superveloċi msejjaħ lejżer b'elettroni ħielsa bir-raġġi X (XFEL). Il-kimiċi użaw il-pulsijiet qawwija tal-istrumenti biex jagħmlu films molekulari li ppermettewlhom jaraw għadd kbir ta' proċessi, bħal bonds kimiċi li jiffurmaw u enzimi fotosintetiċi jaħdmu. "Fi flash ta' femtosekond, tista' tara l-atomi jieqfu, bonds atomiċi singoli jinkisru," qalet Leora Dresselhaus-Marais, xjenzata tal-materjali b'ħatriet konġunti fl-Università ta' Stanford u SLAC, lil C&EN f'Lulju. L-aġġornamenti għal LCLS se jippermettu wkoll lix-xjenzati jirfinaw aħjar l-enerġiji tar-raġġi X meta l-kapaċitajiet il-ġodda jsiru disponibbli kmieni s-sena d-dieħla.
Kreditu: Laboratorju Nazzjonali tal-Aċċeleratur SLAC
Il-lejżer tar-raġġi-X tal-Laboratorju Nazzjonali tal-Aċċeleratur SLAC huwa mibni fuq aċċeleratur lineari ta' 3 km f'Menlo Park, California.
Din is-sena, ix-xjentisti raw ukoll kemm jista’ jkun qawwi t-Teleskopju Spazjali James Webb (JWST) tant mistenni biex jiżvela l-il-kumplessità kimika tal-univers tagħnaIn-NASA u l-imsieħba tagħha—l-Aġenzija Spazjali Ewropea, l-Aġenzija Spazjali Kanadiża, u l-Istitut tax-Xjenza tat-Teleskopju Spazjali—diġà ħarġu għexieren ta’ immaġni, minn ritratti impressjonanti ta’ nebulosi stellari sal-marki tas-swaba’ elementali ta’ galassji antiki. It-teleskopju infra-aħmar ta’ $10 biljun huwa mżejjen b’settijiet ta’ strumenti xjentifiċi ddisinjati biex jesploraw l-istorja profonda tal-univers tagħna. Wara għexieren ta’ snin li ilu qed isir, il-JWST diġà qabeż l-aspettattivi tal-inġiniera tiegħu billi ħa immaġni ta’ galassja li ddur kif dehret 4.6 biljun sena ilu, kompluta b’firem spettroskopiċi ta’ ossiġnu, neon, u atomi oħra. Ix-xjentisti kejlu wkoll firmijiet ta’ sħab bil-fwar u ċpar fuq eżopjaneta, u pprovdew dejta li tista’ tgħin lill-astrobijoloġisti jfittxu dinjiet potenzjalment abitabbli lil hinn mid-Dinja.
Ħin tal-posta: 07 ta' Frar 2023