|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Программный комплекс для параллельного моделирования белок-белковых взаимодействий.НИР
- Руководитель НИР: Устинин Д.М.
- Участники НИР: Абатурова А.М., Дьяконова А.Н., Зленко Д.В., Князева О.С., Коваленко И.Б., Мамонов П.А., Маслаков А.С., Федоров В.А., Хрущев С.С.
- Подразделение: Кафедра биофизики
- Срок исполнения: 1 ноября 2012 г. - 31 декабря 2013 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 12-07-33036
- Номер ЦИТИС: 01201277342
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Физико-химические основы биологии и биотехнологии
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.17.03 Теоретическая и математическая биофизика
-
Ключевые слова:
параллельные вычисления, броуновская динамика
-
Описание:
Целью проекта является создание программного комплекса, позволяющего моделировать процессы образования белок-белковых комплексов методами компьютерного моделирования с учетом диффузии белков, электростатических и гидрофобных взаимодействий, конформационной подвижности белковых молекул. Для моделирования начальной стадии взаимодействия белков и образования предварительного комплекса будет использован метод броуновской динамики. Образование финального комплекса и конформационные изменения будут смоделированы методом молекулярной динамики. Эти методы позволяют достичь высокой точности моделирования реальных процессов, однако требуют больших вычислительных ресурсов. Отсюда вытекает необходимость использовать параллельные вычисления, в том числе с использованием новейших технологий, основанных на графических процессорах. В предлагаемом проекте будет разработан программный комплекс, реализующий методы броуновской и молекулярной динамики с использованием параллельных алгоритмов для суперкомпьютеров и графических процессоров.
-
Основные результаты:
1. Разработан комплекс программ, моделирующий взаимодействие белков методами броуновской и молекулярной динамики с использованием параллельных вычислений на графических процессорах. 2. Проведены расчеты на суперкомпьютере «Ломоносов» с параллельным использованием десятков центральных и графических процессоров. 3. На примере хорошо изученных реакций образования комплексов барназа-барстар, пластоцианин-цитохром, ферредоксин-FNR проведена верификация разработанного программного обеспечения и сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными по скорости образования комплекса. 4. Проведено сравнение быстродействия и точности расчета на графических и центральных процессорах.
- Добавил в систему: Коваленко Илья Борисович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 ноября 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Программный комплекс для параллельного моделирования белок-белковых взаимодействий 1 |
| Результаты этапа: В отчетном году были разработаны параллельные алгоритмы и программное обеспечение, позволяющее моделировать процессы образования белок-белковых комплексов методом многочастичной броуновской динамики. Алгоритмы были реализованы на языке С++ с использованием параллельной среды разработки NVIDIA CUDA для графических процессоров. Модель учитывает диффузию белков, электростатические взаимодействия и перенос электрона внутри образовавшегося комплекса. Разработанное программное обеспечение было протестировано на нескольких модельных системах, состоящих из пар взаимодействующих белков. Проведены расчеты по моделированию начальной стадии взаимодействия белков, получены результаты по образованию предварительного комплекса. Было смоделировано образование диффузионно-столкновительныхкомплексов белков барстар-барназа, ферредоксин-ФНР, пластоцианин-цитохром f. Структуры полученных при помощи модели комплексов белков были сравнены с имеющимися экспериментальными данными рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса. Для всех исследованных пар белков показано хорошее соответствие экспериментальных и модельных структур. | ||
| 2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Программный комплекс для параллельного моделирования белок-белковых взаимодействий 2 |
| Результаты этапа: В ходе выполнения проекта был разработан программный комплекс,позволяющий моделировать процессы образования белок-белковых комплексов, используя комбинацию методов многочастичной броуновской динамики и молекулярной динамики. Программный комплекс реализует параллельные алгоритмы для расчетов на графических процессорах. Метод броуновской динамики реализован на языке С++, вычисления на графических процессорах реализованы в среде NVIDIA CUDA. Метод броуновской динамики используется для моделирования формирования предварительного комплекса и учитывает броуновское движение белков и электростатические взаимодействия. Метод молекулярной динамики используется для моделирования финального комплекса. Разработанное программное обеспечение было протестировано на нескольких модельных системах, состоящих из пар взаимодействующих белков. Было смоделировано образование комплексов барстар-барназа, ферредоксин-ФНР, пластоцианин-цитохром f. Структуры полученных при помощи модели комплексов белков были сравнены с имеющимися экспериментальными данными рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса. Для всех исследованных пар белков показано хорошее соответствие экспериментальных и модельных структур. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".