Cov cuab yeej loj heev tau ua rau muaj kev tshuaj lom neeg loj hauv xyoo 2022 Cov ntaub ntawv loj heev thiab cov cuab yeej loj heev tau pab cov kws tshawb fawb daws teeb meem tshuaj lom neeg ntawm qhov loj heev xyoo no

Cov cuab yeej loj heev tau ua kom muaj kev tshuaj lom neeg loj hauv xyoo 2022

Cov ntaub ntawv loj heev thiab cov cuab yeej loj heev tau pab cov kws tshawb fawb daws teeb meem chemistry ntawm qhov loj heev xyoo no.

los ntawmAriana Remmel

Credit: Oak Ridge Leadership Computing Facility ntawm ORNL

Lub Frontier supercomputer ntawm Oak Ridge National Laboratory yog thawj lub tshuab ntawm tiam tshiab uas yuav pab cov kws tshuaj lom neeg ua cov kev sim ua qauv molecular uas nyuaj dua li yav dhau los.

Cov kws tshawb fawb tau tshawb pom ntau yam nrog cov cuab yeej loj hauv xyoo 2022. Los ntawm kev tsim cov qauv tshiab ntawm kev txawj ntse dag uas muaj peev xwm ua tau zoo hauv cov tshuaj lom neeg, cov kws tshawb fawb tau ua tiav ntau yam, qhia cov khoos phis tawj kom kwv yees cov qauv protein ntawm qhov ntsuas tsis tau muaj dua. Thaum Lub Xya Hli, lub tuam txhab DeepMind uas yog Alphabet tau tshaj tawm cov ntaub ntawv muaj cov qauv ntawmyuav luag txhua cov protein uas paub—​200 lab tus protein los ntawm ntau tshaj 100 lab hom tsiaj—raws li tau kwv yees los ntawm lub tshuab kawm algorithm AlphaFold. Tom qab ntawd, thaum lub Kaum Ib Hlis, lub tuam txhab thev naus laus zis Meta tau ua qauv qhia txog nws txoj kev vam meej hauv kev siv tshuab kwv yees protein nrog lub algorithm AI hu uaESMFoldHauv kev tshawb fawb ua ntej luam tawm uas tseem tsis tau muaj kev tshuaj xyuas los ntawm cov phooj ywg, cov kws tshawb fawb Meta tau tshaj tawm tias lawv cov algorithm tshiab tsis raug zoo li AlphaFold tab sis nrawm dua. Qhov ceev ntxiv txhais tau tias cov kws tshawb fawb tuaj yeem kwv yees tau 600 lab tus qauv hauv 2 lub lis piam xwb (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).

Cov kws tshawb fawb txog tsiaj txhu ntawm University of Washington (UW) School of Medicine tab tom pabnthuav cov peev xwm biochemical ntawm cov khoos phis tawj dhau ntawm qhov xwm txheejlos ntawm kev qhia cov tshuab kom tawm tswv yim cov protein tshwj xeeb los ntawm kos. UW's David Baker thiab nws pab neeg tau tsim ib lub cuab yeej AI tshiab uas tuaj yeem tsim cov protein los ntawm kev txhim kho cov lus qhia yooj yim lossis los ntawm kev sau cov qhov sib txawv ntawm cov khoom xaiv ntawm cov qauv uas twb muaj lawm (Kev Tshawb Fawb2022, DOI:10.1126/science.abn2100). Pab neeg kuj tau tshaj tawm ib qho kev pab cuam tshiab, ProteinMPNN, uas tuaj yeem pib los ntawm cov duab 3D tsim thiab kev sib dhos ntawm ntau cov protein subunits thiab tom qab ntawd txiav txim siab cov amino acid sequences uas xav tau los ua kom lawv zoo (Kev Tshawb Fawb2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964). Cov algorithms txawj ntse biochemically no yuav pab tau cov kws tshawb fawb hauv kev tsim cov blueprints rau cov protein dag uas tuaj yeem siv rau hauv cov khoom siv biomaterials tshiab thiab cov tshuaj.

Credit: Ian C. Haydon/UW Lub Koom Haum rau Kev Tsim Protein

Cov algorithms kawm tshuab pab cov kws tshawb fawb npau suav txog cov protein tshiab nrog rau cov haujlwm tshwj xeeb hauv siab.

Thaum cov kws tshuaj lom neeg lub siab xav loj hlob tuaj, cov khoos phis tawj siv los ua qauv rau lub ntiaj teb molecular kuj loj hlob tuaj thiab. Ntawm Oak Ridge National Laboratory (ORNL), cov kws tshuaj lom neeg tau pom thawj zaug ntawm ib lub supercomputers muaj zog tshaj plaws uas tau tsim.ORNL lub supercomputer exascale, Frontier, yog ib lub tshuab thawj zaug uas suav ntau dua 1 quintillion floating operations ib ob, ib chav ntawm computational arithmetic. Qhov ceev ntawm computing yog li peb zaug sai dua li tus yeej, lub supercomputer Fugaku hauv Nyiv. Xyoo tom ntej, ob lub chaw soj nstuam hauv tebchaws ntxiv npaj yuav tso tawm cov khoos phis tawj exascale hauv Tebchaws Meskas. Lub zog computer loj heev ntawm cov tshuab niaj hnub no yuav tso cai rau cov kws tshuaj lom neeg los ua qauv txawm tias cov kab ke molecular loj dua thiab ntawm lub sijhawm ntev dua. Cov ntaub ntawv sau los ntawm cov qauv ntawd tuaj yeem pab cov kws tshawb fawb thawb cov ciam teb ntawm qhov ua tau hauv chemistry los ntawm kev nqaim qhov sib txawv ntawm cov tshuaj tiv thaiv hauv lub raj mis thiab cov kev sim virtual siv los ua qauv rau lawv. "Peb nyob ntawm qhov chaw uas peb tuaj yeem pib nug cov lus nug txog qhov uas ploj lawm ntawm peb cov txheej txheem theoretical lossis cov qauv uas yuav coj peb mus ze rau qhov kev sim qhia peb tias yog qhov tseeb," Theresa Windus, tus kws tshuaj lom neeg computational ntawm Iowa State University thiab tus thawj coj project nrog Exascale Computing Project, hais rau C&EN thaum lub Cuaj Hli. Cov kev sim ua haujlwm ntawm cov khoos phis tawj exascale tuaj yeem pab cov kws tshuaj tsim cov roj tshiab thiab tsim cov khoom siv tshiab uas tiv taus huab cua.

Thoob plaws lub tebchaws, hauv Menlo Park, California, SLAC National Accelerator Laboratory tab tom teeb tsaKev hloov kho tshiab supercool rau Linac Coherent Light Source (LCLS)uas yuav ua rau cov kws tshuaj lom neeg pom tob dua rau hauv lub ntiaj teb ultrafast ntawm atoms thiab electrons. Lub chaw no tau tsim los ntawm 3 km linear accelerator, qhov chaw uas txias nrog kua helium txog li 2 K, los tsim ib hom superbright, superfast lub teeb ci hu ua X-ray free-electron laser (XFEL). Cov kws tshuaj lom neeg tau siv cov twj paj nruag lub zog pulses los ua cov yeeb yaj kiab molecular uas tau ua rau lawv saib ntau yam txheej txheem, xws li cov tshuaj sib txuas ua ke thiab cov enzymes photosynthetic mus ua haujlwm. "Hauv lub femtosecond flash, koj tuaj yeem pom atoms sawv ntsug, ib qho atomic bonds tawg," Leora Dresselhaus-Marais, tus kws tshawb fawb khoom siv nrog kev sib koom tes ntawm Stanford University thiab SLAC, tau hais rau C&EN thaum Lub Xya Hli. Kev hloov kho rau LCLS kuj tseem yuav tso cai rau cov kws tshawb fawb kom zoo dua qhov kho lub zog ntawm X-rays thaum cov peev xwm tshiab muaj nyob rau thaum ntxov xyoo tom ntej.

Credit: SLAC Lub Chaw Kuaj Mob Accelerator Hauv Tebchaws

SLAC National Accelerator Laboratory lub X-ray laser yog tsim los ntawm 3 km linear accelerator hauv Menlo Park, California.

Xyoo no, cov kws tshawb fawb kuj tau pom tias James Webb Space Telescope (JWST) uas tau tos ntev heev yuav muaj zog npaum li cas rau kev qhia txog lub ntiaj teb.kev sib xyaw ua ke ntawm cov tshuaj lom neeg ntawm peb lub ntiaj tebNASA thiab nws cov neeg koom tes—Lub Koom Haum Saib Xyuas Qhov Chaw European, Lub Koom Haum Saib Xyuas Qhov Chaw Canadian, thiab Lub Koom Haum Saib Xyuas Lub Tshuab Saib Xyuas Qhov Chaw Space Telescope—tau tso tawm ntau daim duab lawm, los ntawm cov duab zoo nkauj ntawm cov hnub qub nebulae mus rau cov cim ntiv tes ntawm cov galaxies thaum ub. Lub tshuab tsom iav infrared uas muaj nqis $10 billion no muaj cov cuab yeej siv tshawb fawb uas tsim los tshawb nrhiav keeb kwm tob ntawm peb lub ntiaj teb. Ntau xyoo dhau los hauv kev tsim, JWST twb tau ua tiav qhov kev cia siab ntawm nws cov engineers los ntawm kev thaij duab ntawm lub galaxy uas tig rov qab raws li nws tau tshwm sim 4.6 billion xyoo dhau los, ua tiav nrog cov cim spectroscopic ntawm oxygen, neon, thiab lwm yam atoms. Cov kws tshawb fawb kuj tau ntsuas cov cim ntawm cov huab thiab cov pa taws ntawm lub ntiaj teb exoplanet, muab cov ntaub ntawv uas tuaj yeem pab cov kws tshawb fawb astrobiologists nrhiav cov ntiaj teb uas muaj peev xwm nyob tau dhau ntawm lub ntiaj teb.