Zana kubwa ziliendeleza kemia kubwa mnamo 2022
Seti kubwa za data na zana kubwa zilisaidia wanasayansi kushughulikia kemia kwa kiwango kikubwa mwaka huu.
kwaAriana Remmel
Credit: Oak Ridge Leadership Computing Facility katika ORNL
Kompyuta kuu ya Frontier katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge ni ya kwanza kati ya kizazi kipya cha mashine ambazo zitasaidia wanakemia kuchukua uigaji wa molekuli ambao ni changamano zaidi kuliko hapo awali.
Wanasayansi walifanya ugunduzi mkubwa kwa zana za juu zaidi mnamo 2022. Kwa kuzingatia mwelekeo wa hivi majuzi wa akili bandia iliyo na uwezo wa kemikali, watafiti walipiga hatua kubwa, wakifundisha kompyuta kutabiri muundo wa protini kwa kiwango kisicho na kifani.Mnamo Julai, kampuni inayomilikiwa na Alfabeti ya DeepMind ilichapisha hifadhidata iliyo na miundo yakaribu protini zote zinazojulikana— 200 milioni-pamoja na protini mahususi kutoka kwa zaidi ya spishi milioni 100—kama ilivyotabiriwa na algoriti ya kujifunza kwa mashine AlphaFold.Kisha, mnamo Novemba, kampuni ya teknolojia ya Meta ilionyesha maendeleo yake katika teknolojia ya utabiri wa protini na algorithm ya AI inayoitwaESMFold.Katika utafiti wa machapisho ya awali ambao bado haujakaguliwa, watafiti wa Meta waliripoti kuwa kanuni zao mpya sio sahihi kama AlphaFold lakini ni za haraka zaidi.Kasi iliyoongezeka ilimaanisha kuwa watafiti wanaweza kutabiri miundo milioni 600 katika wiki 2 tu (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Wanabiolojia katika Shule ya Tiba ya Chuo Kikuu cha Washington (UW) wanasaidiakupanua uwezo wa kibiokemikali wa kompyuta zaidi ya kiolezo cha asilikwa kufundisha mashine kupendekeza protini zilizopangwa kutoka mwanzo.David Baker wa UW na timu yake waliunda zana mpya ya AI inayoweza kuunda protini kwa kuboresha mara kwa mara juu ya vidokezo rahisi au kwa kujaza mapengo kati ya sehemu zilizochaguliwa za muundo uliopo (Sayansi2022, DOI:10.1126/sayansi.abn2100)Timu pia ilianzisha programu mpya, ProteinMPNN, ambayo inaweza kuanza kutoka kwa maumbo ya 3D iliyoundwa na mikusanyiko ya vitengo vingi vya protini na kisha kuamua mlolongo wa asidi ya amino inayohitajika ili kuifanya kwa ufanisi (Sayansi2022, DOI:10.1126/sayansi.ongeza2187;10.1126/sayansi.ongeza1964)Algorithms hizi za ufahamu wa biokemikali zinaweza kuwasaidia wanasayansi katika kujenga ramani za protini bandia ambazo zinaweza kutumika katika nyenzo mpya za kibayolojia na dawa.
Credit: Ian C. Haydon/UW Taasisi ya Usanifu wa Protini
Algorithyms za kujifunza kwa mashine zinasaidia wanasayansi kuota protini mpya kwa kuzingatia kazi mahususi.
Kadiri matarajio ya wanakemia wa hesabu yanavyokua, ndivyo kompyuta zinazotumiwa kuiga ulimwengu wa molekuli zinavyoongezeka.Katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge (ORNL), wanakemia walipata mtazamo wa kwanza kwenye mojawapo ya kompyuta kuu zenye nguvu zaidi kuwahi kutengenezwa.Kompyuta kuu ya hali ya juu ya ORNL, Frontier, ni miongoni mwa mashine za kwanza kukokotoa zaidi ya quintilioni 1 ya shughuli za kuelea kwa sekunde, kitengo cha hesabu ya hesabu.Kasi hiyo ya kompyuta ni karibu mara tatu zaidi ya bingwa anayetawala, kompyuta kubwa Fugaku katika Japani.Katika mwaka ujao, maabara mbili zaidi za kitaifa zinapanga kuanzisha kompyuta za hali ya juu nchini Marekani.Nguvu kubwa ya kompyuta ya mashine hizi za kisasa itawaruhusu wanakemia kuiga mifumo mikubwa zaidi ya molekuli na kwa mizani ndefu zaidi.Data iliyokusanywa kutoka kwa miundo hiyo inaweza kusaidia watafiti kusukuma mipaka ya kile kinachowezekana katika kemia kwa kupunguza pengo kati ya miitikio kwenye chupa na miigo pepe inayotumiwa kuiga."Tuko katika wakati ambapo tunaweza kuanza kuuliza maswali kuhusu ni nini kinakosekana kutoka kwa njia zetu za kinadharia au mifano ambayo inaweza kutusogeza karibu na kile ambacho jaribio linatuambia ni la kweli," Theresa Windus, mwanakemia wa kompyuta huko Iowa. Chuo Kikuu cha Jimbo na uongozi wa mradi na Mradi wa Kompyuta wa Exascale, uliiambia C&EN mnamo Septemba.Uigaji unaoendeshwa kwenye kompyuta za hali ya juu unaweza kuwasaidia wanakemia kuvumbua vyanzo vipya vya mafuta na kubuni nyenzo mpya zinazostahimili hali ya hewa.
Kote nchini, katika Menlo Park, California, Maabara ya Kitaifa ya Kuongeza kasi ya SLAC inasakinishwavisasisho vya hali ya juu hadi Chanzo cha Mwanga cha Linac Coherent (LCLS)ambayo inaweza kuruhusu wanakemia kutazama zaidi ulimwengu wa atomi na elektroni.Kituo hiki kimejengwa juu ya kichapuzi cha mstari cha kilomita 3, ambacho sehemu zake hupozwa na heliamu ya kioevu hadi 2 K, ili kutoa aina ya chanzo cha mwanga cha juu sana kinachoitwa X-ray free-electron laser (XFEL).Wanakemia wametumia mipigo yenye nguvu ya ala kutengeneza filamu za molekuli ambazo zimewawezesha kutazama michakato mingi, kama vile kutengeneza vifungo vya kemikali na vimeng'enya vya photosynthetic kufanya kazi."Katika mmweko wa sekunde ya pili, unaweza kuona atomi zimesimama, vifungo vya atomiki moja vikivunjika," Leora Dresselhaus-Marais, mwanasayansi wa nyenzo na miadi ya pamoja katika Chuo Kikuu cha Stanford na SLAC, aliiambia C&EN mnamo Julai.Maboresho ya LCLS pia yataruhusu wanasayansi kurekebisha vyema nguvu za X-ray wakati uwezo mpya utakapopatikana mapema mwaka ujao.
Credit: SLAC National Accelerator Laboratory
Leza ya X-ray ya Maabara ya Kitaifa ya SLAC imejengwa juu ya kiongeza kasi cha mstari wa kilomita 3 huko Menlo Park, California.
Mwaka huu, wanasayansi pia waliona jinsi darubini ya anga ya juu ya James Webb (JWST) iliyokuwa ikisubiriwa kwa muda mrefu inaweza kuwa na uwezo wa kufichuautata wa kemikali wa ulimwengu wetu.NASA na washirika wake—Shirika la Anga la Ulaya, Shirika la Anga la Kanada, na Taasisi ya Sayansi ya Darubini ya Anga—tayari wametoa picha nyingi, kutoka kwa picha zinazovutia za nebula za nyota hadi alama za vidole za galaksi za kale.Darubini ya infrared ya dola bilioni 10 imepambwa kwa vyumba vya zana za kisayansi iliyoundwa kuchunguza historia ya kina ya ulimwengu wetu.Miongo kadhaa katika utengenezaji, JWST tayari imetimiza matarajio ya wahandisi wake kwa kupiga picha ya galaksi inayozunguka kama ilivyoonekana miaka bilioni 4.6 iliyopita, ikiwa na saini za spectroscopic za oksijeni, neon, na atomi nyingine.Wanasayansi pia walipima saini za mawingu yenye mvuke na ukungu kwenye sayari ya nje, wakitoa data ambayo inaweza kuwasaidia wanajimu kutafuta ulimwengu unaoweza kukaliwa zaidi ya Dunia.
Muda wa kutuma: Feb-07-2023