Tresna erraldoiek kimika handia aurreratu zuten 2022an Datu multzo erraldoiek eta tresna kolosalek zientzialariei kimika eskala erraldoian jorratzen lagundu zieten aurten

Tresna erraldoiek kimika handia aurreratu zuten 2022an

Datu multzo erraldoiek eta tresna kolosalek zientzialariei kimika eskala erraldoian jorratzen lagundu diete aurten

egileaAriana Remmel

Kreditua: Oak Ridge Leadership Computing Facility at ORNL

Oak Ridge Laborategi Nazionaleko Frontier superordenagailua kimikariei inoiz baino konplexuagoak diren simulazio molekularrei aurre egiten lagunduko dien makina belaunaldi berri bateko lehena da.

Zientzialariek aurkikuntza handiak egin zituzten tresna erraldoiekin 2022an. Adimen artifizial kimikoki konpetentearen joera berriaren gainean oinarrituta, ikertzaileek aurrerapauso handiak eman zituzten, ordenagailuak proteinen egiturak aurrekaririk gabeko eskalan iragartzen irakatsiz. Uztailean, Alphabet-en jabetzako DeepMind enpresak honako egituren datu-base bat argitaratu zuen.ia proteina ezagun guztiak—100 milioi espezie baino gehiagotako 200 milioi proteina baino gehiago—AlphaFold ikaskuntza automatikoaren algoritmoak iragarri bezala. Ondoren, azaroan, Meta teknologia-enpresak proteinen iragarpen-teknologian egindako aurrerapena erakutsi zuen izeneko IA algoritmo batekinESMFoldParekideen berrikuspenik jaso ez duen aurre-inprimaketa-azterketa batean, Meta ikertzaileek jakinarazi zuten beren algoritmo berria ez dela AlphaFold bezain zehatza, baina azkarragoa dela. Abiadura handituari esker, ikertzaileek 600 milioi egitura aurreikusi ahal izan zituzten 2 astetan bakarrik (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).

Washingtongo Unibertsitateko (UW) Medikuntza Fakultateko biologoek laguntzen ari diraordenagailuen gaitasun biokimikoak naturaren eredutik haratago zabaldumakinei proteina pertsonalizatuak hutsetik proposatzen irakatsiz. UWko David Bakerrek eta bere taldeak IA tresna berri bat sortu zuten, proteinak diseinatu ditzakeena, bai galdera sinpleak iteratiboki hobetuz, bai egitura baten hautatutako atalen arteko hutsuneak betez (Zientzia2022, DOI:10.1126/zientzia.abn2100). Taldeak programa berri bat ere estreinatu zuen, ProteinMPNN izenekoa, hainbat proteina azpiunitateren 3D forma eta multzoetatik abiatuta, eta ondoren horiek eraginkortasunez egiteko beharrezkoak diren aminoazido sekuentziak zehaztu ditzakeena (Zientzia2022, DOI:10.1126/zientzia.add2187;10.1126/zientzia.add1964). Algoritmo biokimikoki trebe hauek zientzialariei lagun diezaiekete biomaterial eta botika berrietan erabil litezkeen proteina artifizialen planoak eraikitzen.

Kreditua: Ian C. Haydon/UWko Proteinen Diseinurako Institutua

Makina-ikaskuntzako algoritmoek zientzialariei funtzio zehatzak kontuan hartuta proteina berriak asmatzen laguntzen diete.

Kimikari konputazionalen anbizioak hazten diren heinean, mundu molekularra simulatzeko erabiltzen diren ordenagailuak ere hazten dira. Oak Ridge Laborategi Nazionalean (ORNL), kimikariek inoiz eraiki den superordenagailu indartsuenetako bat lehen aldiz ikusi ahal izan zuten.ORNLren eskala handiko superordenagailua, Frontier, segundoko kintilioi bat eragiketa flotatzaile baino gehiago kalkulatzen dituzten lehenengo makinen artean dago, aritmetika konputazionalaren unitate bat. Konputazio-abiadura hori txapeldun nagusia den Japoniako Fugaku superordenagailua baino hiru aldiz azkarragoa da gutxi gorabehera. Hurrengo urtean, beste bi laborategi nazionalek exaskalako ordenagailuak estreinatzeko asmoa dute AEBetan. Punta-puntako makina hauen ordenagailu-potentzia izugarriak kimikariei sistema molekular handiagoak eta denbora-eskala luzeagoetan simulatzeko aukera emango die. Modelo horietatik bildutako datuek ikertzaileei kimikan posible denaren mugak gainditzen lagun diezaiekete, matraze bateko erreakzioen eta horiek modelatzeko erabiltzen diren simulazio birtualen arteko aldea murriztuz. "Gure metodo edo modelo teorikoetan zer falta den benetan galderak egiten has gaitezkeen puntu batean gaude, esperimentu batek erreala dela esaten digun horretara hurbilduko gintuzkeena", esan zion Theresa Windusek, Iowa State Unibertsitateko kimikari konputazionalak eta Exascale Computing Project-eko proiektu-buruak, C&ENri irailean. Exaskalako ordenagailuetan egindako simulazioek kimikariei erregai-iturri berriak asmatzen eta klima-erresistenteak diren material berriak diseinatzen lagun diezaiekete.

Herrialde osoan, Menlo Parken, Kalifornian, SLAC Azeleragailu Laborategi Nazionala instalatzen ari da.Linac Argi Iturri Koherentearen (LCLS) hobekuntza super-ikaragarriakHorri esker, kimikariek atomoen eta elektroien mundu ultra-azkarrean sakonago azter dezakete. Instalazioa 3 km-ko azeleragailu lineal batean eraikita dago, eta zati batzuk helio likidoarekin hozten dira 2 K-raino, X izpien elektroi askeen laser (XFEL) izeneko argi-iturri super-distiratsu eta super-azkarra sortzeko. Kimikariek tresnen pultsu indartsuak erabili dituzte film molekularrak egiteko, eta horiei esker, prozesu ugari ikusi ahal izan dituzte, hala nola lotura kimikoen eraketa eta entzima fotosintetikoak martxan jartzen. "Femtosegundoetako distira batean, atomoak geldirik ikus daitezke, atomo bakarreko loturak hausten", esan zion Leora Dresselhaus-Maraisek, Stanfordeko Unibertsitatean eta SLACen lanpostu bateratuak dituen materialen zientzialariak, C&ENri uztailean. LCLSren hobekuntzek zientzialariei X izpien energiak hobeto doitzeko aukera emango diete, gaitasun berriak datorren urtearen hasieran eskuragarri daudenean.

Kreditua: SLAC Azeleragailu Laborategi Nazionala

SLAC National Accelerator Laboratory-ren X izpien laserra Kaliforniako Menlo Parkeko 3 km-ko azeleragailu lineal batean eraikita dago.

Aurten, zientzialariek ikusi dute zein indartsua izan daitekeen aspalditik itxaroten zen James Webb espazio teleskopioa (JWST) agerian uzteko.gure unibertsoaren konplexutasun kimikoaNASAk eta bere bazkideek —Europako Espazio Agentziak, Kanadako Espazio Agentziak eta Espazio Teleskopioaren Zientzia Institutuak— dozenaka irudi argitaratu dituzte dagoeneko, izar nebulosen erretratu liluragarrietatik hasi eta antzinako galaxien hatz-marketaraino. 10.000 milioi dolarreko infragorri teleskopioa gure unibertsoaren historia sakona aztertzeko diseinatutako tresna zientifiko multzoz hornituta dago. Hamarkadetan zehar eraikitzen ari den JWST-k bere ingeniarien itxaropenak gainditu ditu dagoeneko, duela 4.600 milioi urte agertu zen bezala galaxia biraka ari den baten irudia ateraz, oxigeno, neon eta beste atomo batzuen sinadura espektroskopikoekin osatua. Zientzialariek exoplaneta bateko lurrun-hodeien eta lainoaren sinadurak ere neurtu zituzten, astrobiologoei Lurraren gainetik bizitzeko moduko munduak bilatzen lagun diezazkiekeen datuak emanez.