Enhanced Sampling Simulations for Complex Systems
Project goals
The major drawback of molecular simulations is their high computational cost. Therefore it is not possible to routinely simulate processes such as protein folding or drug-receptor complex formation. This problem can be addressed by new methods. Metadynamics method energetically disfavours visited states of the studied system, which makes simulation more efficient and predicts the free energy surface, i.e. thermodynamics and kinetics. However, description of complex processes remains an issue, as it is non-trivial to fully describe them by few structural parameters. In this project we propose three new metadynamics-based approaches. The first allows for efficient parallelisation of the calculation. The second combines metadynamics with non-linear dimensionally reduction. The third describes the process and approximates a free energy surface by a series of landmark structures. The proposed methods are adaptive, i.e. they can identify new landmark structures during the simulation. The project includes optimisation and testing of methods and addressing computational aspects.
Keywords
molecular dynamics simulationmetadynamicsfree energy surfacedimensionality reductionprotein folding
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 19 (SGA0201500001)
Main participants
Masarykova univerzita / Ústav výpočetní techniky
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta potravinářské a biochemické technologieContest type
VS - Public tender
Contract ID
15-17269S
Alternative language
Project name in Czech
Simulace komplexních systémů se zesíleným vzorkováním
Annotation in Czech
Problémem molekulárních simulací je jejich vysoká výpočetní náročnost, kvůli které není možné rutinně simulovat procesy, jakými jsou například sbalování proteinů nebo vazba léčiva na receptor. Tento problém je možné řešit vývojem nových metod. Metodu zvaná metadynamika umožňuje energetickým znevýhodňováním již navštívených stavů urychlit simulaci a předpovědět plochu volné energie, tedy termodynamiku a kinetiku studovaného procesu. Problémem metadynamiky zůstává popis studovaného procesu, neboť je netriviální pomocí malého počtu strukturních parametrů plně popsat komplexní proces. V tomto projektu navrhujeme tři nové přístupy založené na metadynamice. První umožňuje velmi efektivní paralelizaci výpočtů. Druhý kombinuje metadynamiku s nelineárním snížením dimense. Třetí předkládá možnost popsat studovaný proces a aproximovat plochu volné energie pomocí série referenčních struktur. Navržené varianty metadynamiky je adaptivní, tedy umožňují nacházet nové referenční struktury během simulace. Součástí projektu je optimalizace a testování navržené metody a řešení výpočetních aspektů.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
The project developed/improved methods for efficient sampling of molecular simulations. In addition to methodological results, essential for a broad community, the project supported implementation of the methods in SW and Metacenter. A significant portion of funding supported students, some are co-authors of publications. Number of outputs except the ongoing revision meets the expected number 5.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2015
Realization period - end
Dec 31, 2016
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 12, 2016
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP17-GA0-GA-U/03:1
Data delivery date
Jun 28, 2017
Finance
Total approved costs
1,642 thou. CZK
Public financial support
1,642 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
1 642 CZK thou.
Public support
1 642 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
CF - Physical chemistry and theoretical chemistry
Solution period
01. 01. 2015 - 31. 12. 2016