Massive ark hawwe grutte skiekunde yn 2022 ferbettere
Gigantyske datasets en kolossale ynstruminten hawwe wittenskippers dit jier holpen om skiekunde op gigantyske skaal oan te pakken.
trochAriana Remmel
Kredyt: Oak Ridge Leadership Computing Facility by ORNL
De Frontier-superkompjûter by it Oak Ridge National Laboratory is de earste fan in nije generaasje masines dy't skiekundigen helpe sille om molekulêre simulaasjes út te fieren dy't komplekser binne as ea earder.
Wittenskippers diene grutte ûntdekkingen mei supergrutte ark yn 2022. Bouwend op 'e resinte trend fan gemysk kompetinte keunstmjittige yntelliginsje, makken ûndersikers grutte foarútgong, en learden kompjûters om proteïnestrukturen te foarsizzen op in noch nea earder sjoen skaal. Yn july publisearre it bedriuw DeepMind, eigendom fan Alphabet, in database mei de struktueren fanhast alle bekende proteïnen—200 miljoen-plus yndividuele proteïnen fan mear as 100 miljoen soarten—lykas foarsein troch it masinelearalgoritme AlphaFold. Doe, yn novimber, demonstrearre it techbedriuw Meta syn foarútgong yn proteïnefoarsizzingstechnology mei in AI-algoritme neamdESMFoldYn in foarôfdrukstúdzje dy't noch net troch oare minsken beoardiele is, rapportearren Meta-ûndersikers dat har nije algoritme net sa krekt is as AlphaFold, mar wol rapper. De ferhege snelheid betsjutte dat de ûndersikers 600 miljoen struktueren yn mar 2 wiken foarsizze koene (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Biologen oan 'e Universiteit fan Washington (UW) School of Medicine helpeútwreidzje de biogemyske mooglikheden fan kompjûters bûten it sjabloan fan 'e natuertroch masines te learen om maatwurk proteïnen fanôf it begjin foar te stellen. David Baker fan UW en syn team makken in nije AI-ark dy't proteïnen kin ûntwerpe troch it iteratyf te ferbetterjen op ienfâldige oanwizings of troch de gatten tusken selekteare dielen fan in besteande struktuer yn te foljen (Wittenskip2022, DOI:10.1126/wittenskip.abn2100). It team debutearre ek in nij programma, ProteinMPNN, dat kin begjinne mei ûntworpen 3D-foarmen en gearstallingen fan meardere proteïne-subeenheden en dan de aminosoersekwinsjes bepale dy't nedich binne om se effisjint te meitsjen (Wittenskip2022, DOI:10.1126/wittenskip.add2187;10.1126/wittenskip.add1964Dizze biogemysk ûnderfiningrike algoritmen koenen wittenskippers helpe by it bouwen fan blauwdrukken foar keunstmjittige aaiwiten dy't brûkt wurde kinne yn nije biomaterialen en farmaseutika.
Kredyt: Ian C. Haydon/UW Ynstitút foar Proteïneûntwerp
Masinelearalgoritmes helpe wittenskippers nije aaiwiten te betinken mei spesifike funksjes yn gedachten.
As de ambysjes fan komputasjonele chemici groeie, groeie ek de kompjûters dy't brûkt wurde om de molekulêre wrâld te simulearjen. By it Oak Ridge National Laboratory (ORNL) krigen chemici in earste blik op ien fan 'e machtichste superkompjûters dy't ea boud binne.ORNL's eksaskaal superkompjûter, Frontier, is ien fan 'e earste masines dy't mear as 1 kwintiljoen driuwende operaasjes per sekonde berekkent, in ienheid fan komputasjonele rekkenkunde. Dy berekkeningssnelheid is sawat trije kear sa rap as de regearjende kampioen, de superkompjûter Fugaku yn Japan. Yn it kommende jier binne twa oare nasjonale laboratoaria fan plan om eksaskaalkompjûters yn 'e FS te debutearjen. De bûtengewoane kompjûterkrêft fan dizze state-of-the-art masines sil skiekundigen tastean om noch gruttere molekulêre systemen en op langere tiidskalen te simulearjen. De gegevens dy't sammele wurde út dy modellen koenen ûndersikers helpe om de grinzen te ferlizzen fan wat mooglik is yn 'e skiekunde troch de kloof tusken de reaksjes yn in flesse en de firtuele simulaasjes dy't brûkt wurde om se te modellearjen te ferminderjen. "Wy binne op in punt wêr't wy echt fragen kinne stelle oer wat der ûntbrekt yn ús teoretyske metoaden of modellen dat ús tichter bringe soe by wat in eksperimint ús fertelt dat echt is," fertelde Theresa Windus, in komputasjonele skiekundige oan 'e Iowa State University en projektlieder by it Exascale Computing Project, yn septimber oan C&EN. Simulaasjes dy't útfierd wurde op eksaskaalkompjûters koenen skiekundigen helpe by it útfine fan nije brânstofboarnen en it ûntwerpen fan nije klimaatbestendige materialen.
Oeral yn it lân, yn Menlo Park, Kalifornje, ynstallearret it SLAC National Accelerator Laboratorysupercoole upgrades nei de Linac Coherent Light Source (LCLS)dat koe skiekundigen djipper yn 'e ultrasnelle wrâld fan atomen en elektroanen sjen litte. De foarsjenning is boud op in lineêre fersneller fan 3 km, wêrfan dielen ôfkuolle wurde mei floeibere helium oant 2 K, om in soarte superheldere, supersnelle ljochtboarne te produsearjen dy't in röntgenfrije-elektronenlaser (XFEL) neamd wurdt. Skiekundigen hawwe de krêftige pulsen fan 'e ynstruminten brûkt om molekulêre films te meitsjen dy't har yn steat hawwe steld om ûntelbere prosessen te observearjen, lykas it foarmjen fan gemyske biningen en fotosyntetyske enzymen dy't oan it wurk geane. "Yn in femtosekonde flits kinne jo atomen stilstean sjen, ienkele atomêre biningen brekke," fertelde Leora Dresselhaus-Marais, in materiaalwittenskipper mei mienskiplike beneamings oan 'e Stanford University en SLAC, yn july oan C&EN. De upgrades oan LCLS sille wittenskippers ek tastean om de enerzjy fan röntgenstrielen better ôf te stimmen as de nije mooglikheden begjin takom jier beskikber wurde.
Kredyt: SLAC Nasjonaal Fersnellerlaboratoarium
De röntgenlaser fan it SLAC National Accelerator Laboratory is boud op in lineêre fersneller fan 3 km yn Menlo Park, Kalifornje.
Dit jier seagen wittenskippers ek hoe krêftich de langferwachte James Webb Space Telescope (JWST) wêze koe foar it iepenbierjen fan degemyske kompleksiteit fan ús universumNASA en har partners - it Europeesk Romtefeartburo, it Kanadeesk Romtefeartburo en it Space Telescope Science Institute - hawwe al tsientallen ôfbyldings frijjûn, fan prachtige portretten fan stjernevels oant de elemintêre fingerôfdrukken fan âlde stjerrestelsels. De ynfrareadteleskoop fan $10 miljard is útrisd mei in set wittenskiplike ynstruminten dy't ûntworpen binne om de djippe skiednis fan ús universum te ferkennen. Nei tsientallen jierren yn 'e meitsjen hat de JWST de ferwachtingen fan har yngenieurs al oertroffen troch in ôfbylding te meitsjen fan in draaiende stjerrestelsel sa't it 4,6 miljard jier lyn ferskynde, kompleet mei spektroskopyske hantekeningen fan soerstof, neon en oare atomen. Wittenskippers hawwe ek hantekeningen fan stoomwolken en waas op in eksoplaneet metten, wêrtroch gegevens levere wurde dy't astrobiologen kinne helpe by it sykjen nei potinsjeel bewenbere wrâlden bûten de Ierde.
Pleatsingstiid: 7 febrewaris 2023