Grøn omstilling

Forskere vil kortlægge enzymers dynamik med Danmarks første AI supercomputer

Novo Nordisk Fonden og Danish Centre for AI Innovation har udvalgt de første forskningsprojekter, som får adgang til AI supercomputeren 'Gefion'. Heriblandt et DTU-projekt, som skal kortlægge enzymers dynamik og udvikle enzymer, som kan omdanne CO2 til bæredygtige brændstoffer og kemikalier.

Foto: Novo Nordisk Fonden
Som nogle af de første får DTU-forskere adgang til Danmarks første AI Supercomputer 'Gefion'. Med Gefions ekstraordinære regnekraft vil forskerne kortlægge enzymers dynamik.  Foto: Novo Nordisk Fonden
”At vores forskere får mulighed for at køre store datasæt og simuleringer fra excellente forskningsinitiativer fra DTU på Gefion betyder ikke kun, at vi kan blive klogere på naturens egne processer for at CO2, men også at vi kan levere resultater hurtigere, og det er helt afgørende, hvis vi skal levere løsninger, der kan modvirke den globale opvarmning.”
Christine Nellemann Dekan for bæredygtighed, diversitet, inklusion og internationalt samarbejde på DTU
Figur: Carlos G. Acevedo-Rocha
Enzymet formiatdehydrogenase, vist som spiraler i regnbuefarver. Enzymet omdanner CO2 til produktet formiat, der er vist som små hvide kugler. Cofaktoren NAD+, der muliggør reaktionen, er vist med de grå kugler. Det blå er mange små vandmolekyler, der omgiver og opløser enzymet. Illustrationen er lavet ved hjælp af PDB-koden 2GO1 af Filippova et al. 2005 og The PyMOL Molecular Graphics System, Version 3.0 Schrödinger, LLC.

Computerkraft vil accelerere grundforskning

Enzymer spiller allerede en stor rolle i vores hverdag som små maskiner, der hjælper med at fremskynde kemiske reaktioner - ikke kun i vores kroppe, men også i produktionen af fødevarer, medicin, bæredygtige biomaterialer og kemikalier.  Enzymer spiller også en central rolle i mange biologiske processer, der involverer CO2-omsætning i naturen. Og ved at forstå disse processer kan vi udvikle effektive enzymer, som kan omdanne indfanget CO2 til for eksempel bæredygtige brændstoffer som metanol til skibsfarten.

Med Gefion kan DTU’s tværdisciplinære team af forskere simulere et langt større antal atomer og tage højde for, hvordan enzymer påvirkes af væsker, hvilket er afgørende for præcist at kunne forudsige deres funktion og bevægelser over længere tid.

”Det er komplekst og meget svært at designe enzymer med høj ydeevne. Det kræver ekstraordinær computerkraft og det kræver, at vi tester de beregnede enzymdesigns i laboratoriet og lærer af resultaterne. Udførelsen af eksperimenter og tests i laboratoriet er meget vigtig for at validere supercomputerens simuleringer og beregnede forudsigelser. Det er helt afgørende, når der anvendes kunstig intelligens til at accelerere forskningen,” siger seniorforsker fra DTU Carlos G. Acevedo-Rocha.  

Fakta

DTU-forskningsprojektet ’AIM4CO2: Unravelling CO2 reduction in Non-Metal Formate Dehydrogenase (FDH) using Machine-Learned Force Fields’ skal som et af de første forskningsprojekter køre tests på Gefion AI supercomputer. 

Med projektet vil DTU-forskere udføre hidtil usete storskalasimuleringer som kun er mulige på en AI supercomputer som Gefion, for at identificere nye varianter af FDH, der kan bruges til at øge hastigheden af CO2-reduktion til formiat og måske endda til methanol, f.eks. som bæredygtigt brændstof til skibsfarten.

Forskningen er et tværfagligt samarbejde mellem DTU Energy og DTU Biosustain og udføres som en del af CAPeX - Pioneer Center for Accelerating P2X Materials Development. 

Forskningsprojektet ledes af professor Tejs Vegge fra DTU Energy og seniorforsker Carlos G. Acevedo-Rocha fra DTU Biosustain, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability. Derudover består forskningsteamet af postdoc Bardi Benediktsson, lektor og PhD Arghya Bhowmik, videnskabelig softwareudvikler og PhD Steen Lysgaard, videnskabelig softwareudvikler og PhD Jonas Busk, samt DDSA PhD fellow Niklas Gesmar Madsen.

Forskningsprojektet har fået i alt tre måneder til at bruge Gefion.