DTU-forskere vil kortlægge enzymers dynamik med Danmarks første AI supercomputer

Et opsigtvækkende forskningsprojekt fra DTU er blandt de første seks projekter, der er kommet gennem nåleøjet og får adgang til at benytte den nye AI supercomputer, som Novo Nordisk Fonden og Danmarks Eksport- og Investeringsfond (EIFO) har finansieret og etableret i samarbejde med den amerikanske teknologivirksomhed NVIDIA.

I projektet vil forskere fra forskellige institutter og centre på DTU bruge en ny type af AI-baserede beregningsmetoder til at udføre storskalasimuleringer af enzymer, der skal kortlægge, hvordan enzymer bevæger sig. Ved at forstå deres dynamik kan forskerne udvikle mere effektive enzymer, som kan omdanne indfanget CO2 til f.eks. bæredygtige brændstoffer og kemikalier.

”Adgangen til Gefion vil give os mulighed for at studere en klasse af meget interessante enzymer, som kan omdanne CO2 til brugbare kemikalier. Dette kan gøres med en hidtil uset nøjagtighed og hastighed, hvilket gør det muligt for os at identificere nye, effektive enzymer til omdannelse af CO2 til for eksempel bæredygtige brændstoffer som metanol,” siger Tejs Vegge, DTU-professor og leder af Pionercenteret CAPeX.

Sammen med seniorforsker Carlos G. Acevedo-Rocha, og et bredt team af forskere fra DTU står Tejs Vegge bag projektet. Med forskellige faglige indgange arbejder de med at knække koden til at kunne levere grønne brændstoffer i stor skala.

At bruge enzymer til at omdanne indfanget CO2 kan i fremtiden være et bæredygtigt og effektivt supplement til de menneskeskabte power-to-X-processer, som vi bruger i dag.

Grøn vision
At DTU som et af de første universiteter får adgang til supercomputeren, understreger universitetets vision om at kunne gøre en positiv forskel for samfundet og den grønne omstilling, fastslår DTU’s dekan for bæredygtighed, diversitet, inklusion og internationalt samarbejde, Christine Nellemann.

Gefions ekstraordinære computerkraft åbner op for helt nye muligheder i forskningen af grønne teknologier, som kan være med til at accelerere vores omstilling til vedvarende energi.

”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 omdanne 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,” siger Christine Nellemann.

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 vigtige 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.