Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына удк 004. 75+004. 722 № госрегистрации
Скачать 0.58 Mb.
|
2.10 Суперкомпьютерная разработка лекарствИсполнитель – НИВЦ МГУ, г. Москва. См. приложение – отчет за 2 этап по части 11 Технического задания к контракту СГ-2/07 от 16.07.2007 г. Содержание этапа 2. Согласно Календарному плану на Этапе 1 в период с 30 июля по 30 сентября 2007 г. запланировано выполнение следующих работ:
ПК Keenbase, его архитектура и принципы построения Назначение ПК Keenbase Основой нового лекарства во многих случаях является органическая молекула-ингибитор, избирательно связывающаяся с определенным активным центром белка-мишени, который ответствен за данную болезнь. Ингибитор блокирует вредное функционирование белка-мишени и излечивает болезнь. Например, белок-мишень может принадлежать вирусу, и его блокирование позволяет сделать невозможной репликацию вируса в организме. Поиск таких молекул-ингибиторов для заданного белка-мишени и составляет начальный этап разработки нового лекарства. Быстрое и эффективное решение этой задачи в значительной степени определяет минимизацию материальных затрат и продолжительность последующих этапов разработки нового лекарства. Существенно сократить затраты времени и средств на этапе поиска ингибиторов можно с помощью методов компьютерного молекулярного моделирования in silico. Программный комплекс Keenbase представляет собой Веб-ориентированную платформу для решения задач молекулярного моделирования новых лекарств с использованием технологий распределенных вычислений. ПК Keenbase предназначен для выявления из коллекции химических структур набора соединений, избирательно взаимодействующих с определенным участком белковой макромолекулы, и удовлетворяющих определенным критериям, позволяющим исключить токсичные соединения. Центральное место в системе Keenbase играет программа докинга SOL, позиционирующая молекулы-лиганды в активном центре заданного белка-мишени путем поиска положения, соответствующего наибольшему значению свободной энергии связывания лиганда с белком. При этом дается оценка (скоринг) энергии связывания лиганда с белком. Для работы этой программы используется трехмерная структура белка-мишени (т.е. координаты всех атомов белка-мишени) и информация об его активном центре. Для позиционируемых молекул-лигандов должна быть задана 3D-структура, т.е. координаты всех атомов реального конформера молекулы. Программа SOL осуществляет докинг гибких лигандов в жесткий активный центр заданного белка и состоит из двух независимых исполняемых модулей. Первый модуль по 3D-структуре белка и информации о положении и размере его активного центра создает сетку потенциалов, учитывающих энергию электростатического и Ван–дер–Ваальсового взаимодействия между белком и лигандом, отдельные компоненты внутренней энергии лиганда, а также влияние растворителя (т.е. воды) в рамках упрощенного Обобщенного Борновского приближения. Размер такой моделирующей активный центр белка сетки потенциалов составляет около 200 MB, и для ее создания требуется около 10 часов процессорного времени. Второй модуль программы SOL осуществляет докинг, т.е. позиционирование, гибких лигандов в сетку потенциалов путем поиска глобального минимума энергии с учетом внутренней энергии лиганда. Для поиска глобального минимума используется генетический алгоритм. Результаты валидации программы SOL представленые на сайте www.keenbase.ru, показывают высокое качество докинга 0.5-1.5 Å для лигандов, имеющих до 12 торсионных степеней свободы. Продолжительность докинга высокого качества данного лиганда зависит от количества входящих в него атомов и количества торсионных степеней свободы и может требовать от нескольких минут до нескольких десятков часов времени одного процессора. Система Keenbase предназначена для компьютерного перебора (скрининга) баз данных молекул-лигандов, с целью выявления тех молекул, которые наиболее сильно связываются с ативным центром белка-мишени. Лиганды, для которых оценка энергии связывания дает наибольшую отрицательную величину, считаются наилучшими кандидатами в ингибиторы данного белка-мишени. С математической точки зрения задача докинга сводится к поиску глобального минимума на сложной энергетической поверхности. С физико-химической точки зрения должно проводиться моделирование межмолекулярного взаимодействия в водных растворах, принимая во внимание как энтальпийную, так и энтропийную составляющую свободной энергии связывания. Сущность вычислительного аспекта проблемы заключается в высокой точности (1-2 kcal/mol или 0.05-0.1 эВ), с которой необходимо проводить расчеты, и потребности в высокопроизводительной вычислительной системе, которая позволит оперативно проводить расчеты тысяч соединений при возможных затратах процессорного времени до нескольких суток на одно соединение на одном процессоре. Принципы построения и архитектура ПК Keenbase В процессе работы с Keenbase пользователь должен либо выбрать белок-мишень из уже существующей в Keenbase базы данных, либо закачать свой белок-мишень в определенном формате, а также закачать в систему набор лигандов, для которых требуется определить энергию связывания с выбранным белком-мишенью. Общая схема работы системы Keenbase приведена на Рис. 1. Основным процессом работы системы является расчет энергии взаимодействия лигандов с активным центром белка.  Рис. 1. Общая схема работы системы Keenbase До начала вычисления энергии взаимодействия белка с лигандом проводится определенная подготовка лигандов и белка-мишени. Эта подготовка включает в себя процедуру типизации атомов лигандов и белка-мишени в соответствии с правилами используемого силового поля MMFF94. На основе этой типизации вводятся потенциалы межатомных взаимодействий, соответствующих силовому полю MMFF94. В подготовку белка-мишени входит также определение его активного центра: размер области, в которую будут позиционироваться лиганды, и ее положение в белке-мишени. Кроме того, необходимо сделать выбор параметров докинга, определяющих особенности работы генетического алгоритма. Схема использования системы Keenbase приведена на Рис. 2. Система Keenbase состоит из двух модулей - управляющего и расчетного. Доступ к системе Keenbase осуществляется посредством Веб-интерфейса. Для этого пользователям системы необходим доступ по протоколу TPC/IP к управляющему модулю. Таким образом пользовательские компьютеры могут находиться как в глобальной сети Интернет, так и в локальной сети организации. Система распределенных вычислений позволяет использовать расчетный модуль в параллельном режиме, ускоряя процесс вычислений.  Рис. 2. Схема использования системы Keenbase Управляющий модуль осуществляет полный контроль системы. В его состав входит система программ, обеспечивающая функционирование создаваемой системы на веб-сервере НИВЦ МГУ. С помощью веб-сайта в систему Keenbase осуществляется ввод данных, ввод параметров расчетных программ, просмотр результатов вычислений, загрузка найденных соединений, использование различных фильтров и управление ходом вычислений. Пользователи, используя в качестве Веб-интерфейса Интернет браузер, например Internet Explorer, управляют вычислениями через интерактивный сайт системы Keenbase. У каждого пользователя, работающего с системой, существует виртуальный кабинет, в котором хранится в защищенном режиме вся его информация, такая как структуры данных, состояние и настройка системы. Для получения доступа к личному виртуальному кабинету, необходимо зарегистрироваться на веб-сайте системы Keenbase, получив логин и пароль. При работе пользователя в личном кабинете происходит автоматическое электронное документирование действий пользователя. Определение интерфейсов взаимодействия с программным обеспечением базового уровня суперкомпьютеров СКИФ Определение эффективных технологий взаимодействия систем семейства СКИФ В рамках составной части N11 комплексного проекта предполагается создание специализированного сервиса, координирующего, объединяющего и оперативно перенаправляющего незадействованные в данный момент компьютерные ресурсы систем семейства СКИФ для решения актуальных задач. Вполне нормальной является ситуация, при которой часть процессоров кластерной установки какое-то время оказывается незанятой. Цель данной работы заключается в том, чтобы разработать технологию и набор программных средств, которые не только бы давали возможность определять факт доступности или занятости процессоров, но и позволяли бы их в такие моменты времени эффективно использовать, формируя динамически изменяющиеся вычислительные среды. Особую актуальность данная работы приобретает в силу того, что кластерные установки получают широкое распространение, поэтому нужно говорить не о мониторинге текущего состояния какой-либо одной системы, а о создании специального сервиса, помогающего эффективно распорядиться доступными компьютерными ресурсами. Суперкомпьютеры СКИФ доступны через Интернет и в настоящее время строятся на основе кластерных технологий, поэтому их вполне можно рассматривать как частный случай распределенных вычислительных систем. Подключение к расчетам незанятых ресурсов суперкомпьютеров, вообще говоря, может производиться с помощью программных систем организации распределенных (метакомпьютерных) расчетов. Такие системы обеспечивают загрузку компьютерных ресурсов, при этом стабильная высокоскоростная коммуникационная среда суперкомпьютеров СКИФ гарантирует низкий уровень накладных расходов, вносимых метакомпьютерным программным обеспечением. В рамках первого этапа проекта было проведено исследование ряда наиболее известных и характерных программных продуктов для организации распределенных вычислений, которые можно было бы положить в основу для создания целевого сервиса: Condor, BOINC, Globus Tookit / gLite, X-Com. При исследовании особое внимание уделялось возможности оперативного развертывания распределенной вычислительной среды, отсутствию необходимости в привилегированном доступе при работе с системой, многообразию вариантов работы клиентской части ПО на доступных узлах. |
Похожие:
 | Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына... «Разработка архитектуры и программных средств для обеспечения взаимодействия грид-инфраструктуры рдиг/egee и создаваемой системы... | | Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына удк 004. 75+004. 722 Разработка технологий высокопроизводительных вычислений с использованием неоднородных территориально-распределённых вычислительных... |
| Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына... «Создание программного обеспечения для калибровки измерительной аппаратуры и анализа доступных наблюдению физических процессов в... | | М. В. Ломоносова Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына |
| Фгбу «пияф» удк 001. 89: 004. 31 Федеральное государственное бюджетное учреждение «Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова» | | Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова |
| Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова | | Научно исследовательский институт ядерной физики Г. В. Максимов, кафедра биофизики биологического факультета мгу (разделы 1, 2, 3, заключение) |
| Удк 004. 9 Коржик И. А Методические рекомендации в помощь преподавателю: издание гаоу спо «Уфимский топливно – энергетический колледж». – Уфа, 2012г | | Электронных ресурсов «наука и образование» №3 (46) март 2013 удк 51, 002, 004 № офэрниО: 18981 Интерактивный учебный комплекс по математике / фгбоу впо санкт-Петербургский государственный морской технический университет |
| Удк 004. 942 : 57. 026 Эволюционно стабильная информационная структура... Федеральный закон от 31. 05. 2001 №73-фз «О государственной судебно-экспертной деятельности» (выдержки) |  | "ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности,... Ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности, продукции и услуг |
| "ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности,... Ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности, продукции и услуг | | Удк 004. 81 Разработка принципов поддержки экономических интересов... В мешке Старика-Годовика собраны признаки самого прекрасного времени года. Ваша задача: найти причину явления, названного в столбике... |
| Удк 004. 738. 5 Ббк 32. 973. 202 Главный редактор Используя их, учителя могут получить доступ к содержанию специализированных мультимедиа библиотек, энциклопедий, справочников, учебников,... | | Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики»... Этап Выбор направления исследований и разработка технического задания на создание аппаратного комплекса |
