|
Молекулы жизни могут образовываться естественным путем
|
|
|
|
В учебниках базовой биологии вам расскажут, что вся жизнь на Земле построена из четырех типов молекул: белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. И каждая группа жизненно важна для каждого живого организма. Но что, если люди действительно смогут показать, что эти «молекулы жизни», такие как аминокислоты и основания ДНК, могут образовываться естественным путем в подходящей среде? Исследователи из Университета Флориды используют HiPerGator — самый быстрый суперкомпьютер в системе высшего образования США — для проверки этого эксперимента. HiPerGator — с его моделями искусственного интеллекта и огромными возможностями графических процессоров или графических процессоров (специализированных процессоров, предназначенных для ускорения графического рендеринга) — меняет игру в области молекулярных исследований. Еще десять лет назад проведение исследований эволюции и взаимодействия больших коллекций атомов и молекул можно было проводить только с помощью простых экспериментов по компьютерному моделированию; вычислительная мощность, необходимая для обработки наборов данных, просто не была доступна.
|
|
|
|
Это сейчас благодаря HiPerGator. С помощью суперкомпьютера к.т.н. УФ. Студент Цзиньцзе Сюэ (из группы вычислительной химии Ройтберга) смог провести крупномасштабный эксперимент по химии ранней Земли во время зимних каникул 2023 года. Сюэ использовал более 1000 графических процессоров A100 на HiPerGator и провел эксперимент по молекулярной динамике на 22 миллионах атомов, который идентифицировал 12 аминокислот, три нуклеиновых основания, одну жирную кислоту и два дипептида. Открытие более крупных молекул, которое было бы невозможно в небольших вычислительных системах, стало значительным достижением. «Наш предыдущий успех позволил нам использовать машинное обучение и искусственный интеллект для расчета энергий и сил в молекулярных системах, с результатами, идентичными результатам квантовой химии высокого уровня, но примерно в 1 миллион раз быстрее», — сказал Адриан Ройтберг, доктор философии. , профессор химического факультета УФ, который уже шесть лет использует машинное обучение для изучения химических реакций.
|
|
|
«Эти вопросы задавались и раньше, но из-за вычислительных ограничений в предыдущих расчетах использовалось небольшое количество атомов, и они не могли изучить диапазон времени, необходимый для получения результатов. Но с HiPerGator мы можем это сделать». Эрик Деуменс, доктор философии, старший директор UFIT Research Computing, объяснил, как стало возможным полное поглощение HiPerGator. «HiPerGator обладает уникальной способностью выполнять очень большие «героические» вычисления, которые используют всю машину, что потенциально может привести к прорывам в науке и науке», — сказал Дойменс. «Когда мы узнали о работе, которую проделывает группа доктора Ройтберга, мы обратились к нему с просьбой попробовать «геройский» запуск с разработанным им кодом». Появление искусственного интеллекта и мощных графических процессоров может позволить проводить такое научное моделирование с интенсивным использованием данных — расчеты, которые ученые могли себе представить только несколько лет назад.
|
|
|
|
«Используя методы машинного обучения, мы создали симуляцию, используя полный набор графических процессоров HiPerGator», — сказал Ройтберг. «Мы смогли увидеть в реальном времени образование почти каждой аминокислоты (аланин, глицин и т. д.) и ряда очень сложных молекул. Это было очень интересно испытать». Этот проект является частью продолжающихся усилий по выяснению того, как сложные молекулы могут образовываться из основных строительных блоков, и по автоматизации этого процесса посредством масштабного компьютерного моделирования. Ройтберг и его исследовательская группа провели много часов, работая с членами UFIT. Ин Чжан, менеджер по поддержке искусственного интеллекта UFIT, руководил экспериментом. «Ин собрал команду, состоящую из сотрудников отдела исследований в области вычислений и сотрудников NVIDIA, чтобы помочь масштабировать вычислительные процессы, предоставить неоценимые советы и помощь, а также ускорить анализ данных до такой степени, что анализ был выполнен всего за семь часов (вместо трех дней, как мы изначально ожидали)», — сказал Ройтберг. «Мы встречались каждую неделю, от первоначальной концепции до окончательных результатов, и это было очень плодотворное сотрудничество».
|
|
|
|
Результаты и то короткое время, за которое HiPerGator смог их предоставить, были новаторскими, приближая исследователей на шаг ближе к ответу на вопросы о том, как образуются сложные молекулы. И тот факт, что Ройтберг смог провести эти вычисления, показывает, что UF имеет возможность поддерживать «геройские забеги» или «самостоятельные расчеты», которые продвигают вперед научные, инженерные и научные проекты. «Это прекрасная возможность для преподавателей УФ», — сказал Ройтберг. «Наличие HiPerGator внутри компании — с невероятным персоналом, готовым сделать все возможное, чтобы помочь исследователям создавать такие новаторские научные открытия — вызывает у моих коллег, не связанных с УФ, очень зависть».
|
|
|
|
Источник
|
