Devasa araçlar 2022'de büyük kimya alanında önemli ilerlemeler kaydetti.
Devasa veri kümeleri ve muazzam cihazlar, bilim insanlarının bu yıl kimya alanındaki çalışmaları dev ölçekte yürütmelerine yardımcı oldu.
ileAriana Remmel
Kaynak: ORNL'deki Oak Ridge Liderlik Bilişim Tesisi
Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki Frontier süper bilgisayarı, kimyagerlerin daha önce hiç olmadığı kadar karmaşık moleküler simülasyonlarla başa çıkmalarına yardımcı olacak yeni nesil makinelerin ilk örneğidir.
Bilim insanları 2022'de devasa araçlarla büyük keşifler yaptı. Kimyasal olarak yetkin yapay zekânın son dönemdeki trendinden yola çıkan araştırmacılar, bilgisayarlara benzeri görülmemiş ölçekte protein yapılarını tahmin etmeyi öğreterek büyük ilerleme kaydetti. Temmuz ayında, Alphabet'e ait DeepMind şirketi, proteinlerin yapılarını içeren bir veritabanı yayınladı.neredeyse bilinen tüm proteinler—100 milyondan fazla türden 200 milyondan fazla bireysel protein— makine öğrenme algoritması AlphaFold tarafından tahmin edildi. Ardından, Kasım ayında teknoloji şirketi Meta, AlphaFold adlı bir yapay zeka algoritmasıyla protein tahmin teknolojisindeki ilerlemesini gösterdi.ESMFoldHenüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir ön baskı çalışmasında, Meta araştırmacıları yeni algoritmalarının AlphaFold kadar doğru olmadığını ancak daha hızlı olduğunu bildirdi. Artan hız, araştırmacıların sadece 2 haftada 600 milyon yapıyı tahmin edebilmelerini sağladı (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Washington Üniversitesi (UW) Tıp Fakültesi'ndeki biyologlar yardımcı oluyor.Bilgisayarların biyokimyasal yeteneklerini doğanın şablonunun ötesine genişletmekMakinelere sıfırdan özel proteinler önermeyi öğreterek. UW'den David Baker ve ekibi, basit komutları yineleyerek iyileştirmeler yaparak veya mevcut bir yapının seçilen kısımları arasındaki boşlukları doldurarak protein tasarlayabilen yeni bir yapay zeka aracı geliştirdi.Bilim2022, DOI:10.1126/science.abn2100Ekip ayrıca, tasarlanmış 3 boyutlu şekillerden ve birden fazla protein alt biriminin bir araya gelmesinden yola çıkarak, bunları verimli bir şekilde üretmek için gereken amino asit dizilerini belirleyebilen yeni bir program olan ProteinMPNN'yi de tanıttı.Bilim2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964Bu biyokimyasal açıdan yetenekli algoritmalar, bilim insanlarına yeni biyomalzemelerde ve ilaçlarda kullanılabilecek yapay proteinler için planlar oluşturmada yardımcı olabilir.
Kaynak: Ian C. Haydon/UW Protein Tasarım Enstitüsü
Makine öğrenimi algoritmaları, bilim insanlarının belirli işlevleri hedefleyen yeni proteinler tasarlamalarına yardımcı oluyor.
Hesaplamalı kimyagerlerin hedefleri büyüdükçe, moleküler dünyayı simüle etmek için kullanılan bilgisayarlar da gelişiyor. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda (ORNL), kimyagerler şimdiye kadar inşa edilmiş en güçlü süper bilgisayarlardan birine ilk kez göz attılar.ORNL'nin exascale süper bilgisayarı FrontierSaniyede 1 katrilyondan fazla kayan noktalı işlem hesaplayabilen ilk makineler arasında yer alıyor; bu, hesaplama aritmetiğinin bir birimi. Bu hesaplama hızı, Japonya'daki mevcut şampiyon süper bilgisayar Fugaku'dan yaklaşık üç kat daha hızlı. Önümüzdeki yıl, ABD'de iki ulusal laboratuvar daha exascale bilgisayarlarını kullanıma sunmayı planlıyor. Bu son teknoloji makinelerin olağanüstü hesaplama gücü, kimyagerlerin daha büyük moleküler sistemleri daha uzun zaman ölçeklerinde simüle etmelerine olanak tanıyacak. Bu modellerden toplanan veriler, araştırmacıların bir şişedeki reaksiyonlar ile onları modellemek için kullanılan sanal simülasyonlar arasındaki boşluğu daraltarak kimyada mümkün olanın sınırlarını zorlamalarına yardımcı olabilir. Iowa Eyalet Üniversitesi'nde hesaplamalı kimyager ve Exascale Hesaplama Projesi'nin proje lideri Theresa Windus, Eylül ayında C&EN'e verdiği demeçte, "Teorik yöntemlerimizde veya modellerimizde eksik olan ve bizi bir deneyin bize gerçek olduğunu söylediği şeye daha da yaklaştıracak olan şeyin ne olduğu hakkında gerçekten sorular sormaya başlayabileceğimiz bir noktadayız" dedi. Eksa ölçekli bilgisayarlarda yürütülen simülasyonlar, kimyagerlerin yeni yakıt kaynakları icat etmelerine ve iklim değişikliğine dayanıklı yeni malzemeler tasarlamalarına yardımcı olabilir.
Ülkenin diğer ucunda, Kaliforniya'daki Menlo Park'ta, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı kurulum yapıyor.Linac Coherent Light Source (LCLS) için süper havalı geliştirmelerBu tesis, kimyagerlerin atomların ve elektronların ultra hızlı dünyasına daha derinlemesine bakmalarını sağlayabilir. Tesis, 3 km'lik bir doğrusal hızlandırıcı üzerine inşa edilmiştir ve bazı kısımları, X-ışını serbest elektron lazeri (XFEL) adı verilen süper parlak, süper hızlı bir ışık kaynağı üretmek için sıvı helyum ile 2 K'ye kadar soğutulmaktadır. Kimyagerler, bu aletlerin güçlü darbelerini kullanarak, kimyasal bağların oluşumu ve fotosentetik enzimlerin çalışması gibi sayısız süreci izlemelerini sağlayan moleküler filmler oluşturmuşlardır. Stanford Üniversitesi ve SLAC'ta ortak görev yapan malzeme bilimcisi Leora Dresselhaus-Marais, Temmuz ayında C&EN'e verdiği demeçte, "Femtosaniyelik bir flaşta, atomların hareketsiz kaldığını, tek atomik bağların kırıldığını görebilirsiniz" demiştir. LCLS'deki iyileştirmeler, yeni yetenekler gelecek yılın başlarında kullanıma sunulduğunda, bilim insanlarının X-ışınlarının enerjilerini daha iyi ayarlamalarına da olanak tanıyacaktır.
Kaynak: SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın X-ışını lazeri, Kaliforniya'nın Menlo Park şehrinde bulunan 3 km'lik doğrusal bir hızlandırıcı üzerine inşa edilmiştir.
Bu yıl bilim insanları, uzun zamandır beklenen James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) ne kadar güçlü olabileceğini de gördüler; bu teleskop, birçok şeyi ortaya çıkarmada büyük rol oynayabiliyor.evrenimizin kimyasal karmaşıklığıNASA ve ortakları – Avrupa Uzay Ajansı, Kanada Uzay Ajansı ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü – yıldız bulutsularının göz kamaştırıcı portrelerinden antik galaksilerin element izlerine kadar düzinelerce görüntü yayınladı. 10 milyar dolarlık kızılötesi teleskop, evrenimizin derin tarihini keşfetmek için tasarlanmış bir dizi bilimsel araçla donatılmıştır. On yıllarca süren yapım aşamasında olan JWST, 4,6 milyar yıl önce görünen dönen bir galaksinin görüntüsünü, oksijen, neon ve diğer atomların spektroskopik imzalarıyla birlikte yakalayarak mühendislerinin beklentilerini çoktan aştı. Bilim insanları ayrıca bir ötegezegen üzerindeki buharlı bulutların ve pusun izlerini de ölçerek, astrobiyologların Dünya'nın ötesinde potansiyel olarak yaşanabilir dünyalar aramasına yardımcı olabilecek veriler sağladı.
Yayın tarihi: 07 Şubat 2023