بڑے پیمانے پر ٹولز نے 2022 میں بڑی کیمسٹری کو آگے بڑھایا
بہت بڑے ڈیٹا سیٹس اور زبردست آلات نے سائنسدانوں کو اس سال بڑے پیمانے پر کیمسٹری سے نمٹنے میں مدد کی۔
کی طرف سےاریانا ریمل
کریڈٹ: او آر این ایل میں اوک رج لیڈرشپ کمپیوٹنگ کی سہولت
اوک رج نیشنل لیبارٹری میں فرنٹیئر سپر کمپیوٹر مشینوں کی نئی نسل میں سے پہلا ہے جو کیمیا دانوں کو مالیکیولر سمیلیشنز کو حاصل کرنے میں مدد کرے گا جو پہلے سے کہیں زیادہ پیچیدہ ہیں۔
سائنس دانوں نے 2022 میں سپرسائزڈ ٹولز کے ساتھ بڑی دریافتیں کیں۔ کیمیاوی طور پر قابل مصنوعی ذہانت کے حالیہ رجحان کی بنیاد پر، محققین نے بڑی پیش رفت کی، کمپیوٹر کو غیر معمولی پیمانے پر پروٹین کے ڈھانچے کی پیش گوئی کرنا سکھایا۔جولائی میں، الفابیٹ کی ملکیت والی کمپنی ڈیپ مائنڈ نے ایک ڈیٹا بیس شائع کیا جس کے ڈھانچے پر مشتمل ہے۔تقریبا تمام معروف پروٹین100 ملین سے زیادہ پرجاتیوں سے 200 ملین سے زیادہ انفرادی پروٹین—جیسا کہ مشین لرننگ الگورتھم AlphaFold کی پیش گوئی کی گئی ہے۔اس کے بعد، نومبر میں، ٹیک کمپنی میٹا نے پروٹین کی پیشن گوئی کی ٹیکنالوجی میں اپنی پیش رفت کو ایک AI الگورتھم کے ساتھ ظاہر کیا۔ای ایس ایم فولڈ.ایک پری پرنٹ اسٹڈی میں جس کا ابھی تک ہم مرتبہ جائزہ نہیں لیا گیا ہے، میٹا محققین نے اطلاع دی ہے کہ ان کا نیا الگورتھم الفا فولڈ جتنا درست نہیں ہے بلکہ تیز ہے۔بڑھتی ہوئی رفتار کا مطلب یہ تھا کہ محققین صرف 2 ہفتوں میں 600 ملین ڈھانچے کی پیش گوئی کر سکتے ہیں (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
یونیورسٹی آف واشنگٹن (UW) سکول آف میڈیسن کے ماہر حیاتیات مدد کر رہے ہیں۔کمپیوٹرز کی حیاتیاتی کیمیائی صلاحیتوں کو فطرت کے سانچے سے آگے بڑھانامشینوں کو شروع سے بیسپوک پروٹین تجویز کرنے کی تعلیم دے کر۔UW کے ڈیوڈ بیکر اور ان کی ٹیم نے ایک نیا AI ٹول بنایا جو سادہ اشارے پر بار بار بہتر بنا کر یا موجودہ ڈھانچے کے منتخب حصوں کے درمیان خلا کو پُر کر کے پروٹین کو ڈیزائن کر سکتا ہے۔سائنس2022، DOI:10.1126/science.abn2100)۔ٹیم نے ایک نیا پروگرام، ProteinMPNN بھی شروع کیا، جو ڈیزائن کردہ 3D شکلوں اور متعدد پروٹین ذیلی یونٹس کی اسمبلیوں سے شروع ہو سکتا ہے اور پھر ان کو موثر طریقے سے بنانے کے لیے ضروری امینو ایسڈ کی ترتیب کا تعین کر سکتا ہے۔سائنس2022، DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964)۔یہ بائیو کیمیکل سمجھدار الگورتھم سائنس دانوں کو مصنوعی پروٹینوں کے بلیو پرنٹس بنانے میں مدد کر سکتے ہیں جو نئے بائیو میٹریلز اور فارماسیوٹیکلز میں استعمال ہو سکتے ہیں۔
کریڈٹ: ایان سی ہیڈن/یو ڈبلیو انسٹی ٹیوٹ برائے پروٹین ڈیزائن
مشین لرننگ الگورتھم سائنسدانوں کو مخصوص افعال کو ذہن میں رکھتے ہوئے نئے پروٹین کے خواب دیکھنے میں مدد کر رہے ہیں۔
جیسے جیسے کمپیوٹیشنل کیمسٹوں کے عزائم بڑھتے ہیں، اسی طرح سالماتی دنیا کی نقل کرنے کے لیے استعمال ہونے والے کمپیوٹر بھی۔اوک رج نیشنل لیبارٹری (ORNL) میں، کیمیا دانوں کو اب تک کے سب سے طاقتور سپر کمپیوٹرز میں سے ایک کی پہلی جھلک ملی۔ORNL کا exascale سپر کمپیوٹر، Frontier, فی سیکنڈ 1 کوئنٹلین فلوٹنگ آپریشنز کا حساب کرنے والی پہلی مشینوں میں سے ہے، جو کمپیوٹیشنل ریاضی کی اکائی ہے۔اس کمپیوٹنگ کی رفتار جاپان کے سپر کمپیوٹر فوگاکو کے مقابلے میں تین گنا تیز ہے۔اگلے سال میں، دو اور قومی لیبارٹریز امریکہ میں exascale کمپیوٹرز کو ڈیبیو کرنے کا ارادہ رکھتی ہیں۔ان جدید ترین مشینوں کی بڑی کمپیوٹر طاقت کیمسٹوں کو اس سے بھی بڑے مالیکیولر سسٹمز اور طویل ٹائم اسکیل پر نقل کرنے کی اجازت دے گی۔ان ماڈلز سے جمع کردہ ڈیٹا محققین کو فلاسک میں رد عمل اور ان کے ماڈل بنانے کے لیے استعمال ہونے والے ورچوئل سمیلیشنز کے درمیان فرق کو کم کرکے کیمسٹری میں کیا ممکن ہے اس کی حدود کو آگے بڑھانے میں مدد کرسکتا ہے۔آئیووا کی ایک کمپیوٹیشنل کیمسٹ تھریسا ونڈس، "ہم ایک ایسے مقام پر ہیں جہاں ہم واقعی اس بارے میں سوالات پوچھنا شروع کر سکتے ہیں کہ ہمارے نظریاتی طریقوں یا ماڈلز میں سے کیا غائب ہے جو ہمیں اس کے قریب لے جائے گا جو ایک تجربہ ہمیں بتا رہا ہے کہ یہ حقیقی ہے۔" اسٹیٹ یونیورسٹی اور پروجیکٹ کی قیادت Exascale Computing Project کے ساتھ، ستمبر میں C&EN کو بتایا۔exascale کمپیوٹرز پر چلنے والے سمولیشنز کیمسٹوں کو ایندھن کے نئے ذرائع ایجاد کرنے اور نئے موسمیاتی لچکدار مواد کو ڈیزائن کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔
ملک بھر میں، مینلو پارک، کیلیفورنیا میں، SLAC نیشنل ایکسلریٹر لیبارٹری نصب کر رہی ہےLinac Coherent Light Source (LCLS) میں سپر کول اپ گریڈجو کیمسٹوں کو ایٹموں اور الیکٹرانوں کی انتہائی تیز دنیا میں گہرائی میں جھانکنے کی اجازت دے سکتا ہے۔یہ سہولت 3 کلومیٹر کے لکیری ایکسلریٹر پر بنائی گئی ہے، جس کے کچھ حصوں کو 2 K تک مائع ہیلیم کے ساتھ ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تاکہ ایک قسم کا سپر برائٹ، سپر فاسٹ لائٹ سورس تیار کیا جا سکے جسے ایکس رے فری الیکٹران لیزر (XFEL) کہا جاتا ہے۔کیمیا دانوں نے مالیکیولر فلمیں بنانے کے لیے آلات کی طاقتور دالوں کا استعمال کیا ہے جس کی وجہ سے وہ متعدد عملوں کو دیکھنے کے قابل ہوئے ہیں، جیسے کیمیکل بانڈز کی تشکیل اور فوٹو سنتھیٹک انزائمز کام کر رہے ہیں۔اسٹینفورڈ یونیورسٹی اور SLAC میں مشترکہ تقرریوں کے ساتھ ایک مادی سائنسدان لیورا ڈریسیلہاؤس-مارائس نے جولائی میں C&EN کو بتایا، "ایک فیمٹوسیکنڈ فلیش میں، آپ ایٹموں کو ساکت کھڑے، واحد جوہری بانڈ ٹوٹتے ہوئے دیکھ سکتے ہیں۔"ایل سی ایل ایس کو اپ گریڈ کرنے سے سائنسدانوں کو ایکس رے کی توانائیوں کو بہتر طریقے سے ٹیون کرنے کا موقع ملے گا جب نئی صلاحیتیں اگلے سال کے شروع میں دستیاب ہوں گی۔
کریڈٹ: SLAC نیشنل ایکسلریٹر لیبارٹری
SLAC نیشنل ایکسلریٹر لیبارٹری کا ایکس رے لیزر مینلو پارک، کیلیفورنیا میں 3 کلومیٹر کے لکیری ایکسلریٹر پر بنایا گیا ہے۔
اس سال، سائنسدانوں نے یہ بھی دیکھا کہ طویل عرصے سے انتظار کی جانے والی جیمز ویب اسپیس ٹیلی سکوپ (JWST) کتنی طاقتور ہو سکتی ہے۔ہماری کائنات کی کیمیائی پیچیدگی.NASA اور اس کے شراکت داروں - یورپی خلائی ایجنسی، کینیڈا کی خلائی ایجنسی، اور خلائی ٹیلی سکوپ سائنس انسٹی ٹیوٹ - پہلے ہی درجنوں تصاویر جاری کر چکے ہیں، ستاروں کے نیبولا کے شاندار پورٹریٹ سے لے کر قدیم کہکشاؤں کے ابتدائی فنگر پرنٹس تک۔10 بلین ڈالر کی انفراریڈ دوربین ہماری کائنات کی گہری تاریخ کو دریافت کرنے کے لیے ڈیزائن کیے گئے سائنسی آلات کے سوئٹ سے مزین ہے۔بنانے میں کئی دہائیوں سے، JWST نے پہلے ہی ایک گھومتی ہوئی کہکشاں کی تصویر کھینچ کر اپنے انجینئروں کی توقعات سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کیا ہے جیسا کہ یہ 4.6 بلین سال پہلے نمودار ہوئی تھی، آکسیجن، نیین اور دیگر ایٹموں کے سپیکٹروسکوپک دستخطوں کے ساتھ مکمل۔سائنسدانوں نے ایک سیارہ پر بھاپ بھرے بادلوں اور کہر کے دستخطوں کی پیمائش بھی کی، جس سے ایسا ڈیٹا فراہم کیا گیا جو ماہرین فلکیات کو زمین سے باہر ممکنہ طور پر قابل رہائش جہانوں کی تلاش میں مدد فراہم کر سکتا ہے۔
پوسٹ ٹائم: فروری 07-2023