Simulace komplexních systémů se zesíleným vzorkováním
Cíle projektu
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.
Klíčová slova
molecular dynamics simulationmetadynamicsfree energy surfacedimensionality reductionprotein folding
Veřejná podpora
Poskytovatel
Grantová agentura České republiky
Program
Standardní projekty
Veřejná soutěž
Standardní projekty 19 (SGA0201500001)
Hlavní účastníci
Masarykova univerzita / Ústav výpočetní techniky
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta potravinářské a biochemické technologieDruh soutěže
VS - Veřejná soutěž
Číslo smlouvy
15-17269S
Alternativní jazyk
Název projektu anglicky
Enhanced Sampling Simulations for Complex Systems
Anotace anglicky
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.
Vědní obory
Kategorie VaV
ZV - Základní výzkum
CEP - hlavní obor
CF - Fyzikální chemie a teoretická chemie
CEP - vedlejší obor
CE - Biochemie
CEP - další vedlejší obor
—
OECD FORD - odpovídající obory
(dle převodníku)10403 - Physical chemistry
10608 - Biochemistry and molecular biology
10609 - Biochemical research methods
Hodnocení dokončeného projektu
Hodnocení poskytovatelem
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Zhodnocení výsledků projektu
V rámci projektu byly vyvinuty nové/vylepšené metody pro efektivní vzorkování molekulárních simulací. Kromě metodických výsledků podstatných pro širokou komunitu projekt podpořil i implementaci metod ve výpočetních balících a centru. Významná část prostředků směřovala na podporu studentů, někteří jsou i spoluautory publikací. Počet výstupů až na probíhající revizi naplňuje předpokládaný počet 5.
Termíny řešení
Zahájení řešení
1. 1. 2015
Ukončení řešení
31. 12. 2016
Poslední stav řešení
U - Ukončený projekt
Poslední uvolnění podpory
12. 4. 2016
Dodání dat do CEP
Důvěrnost údajů
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Systémové označení dodávky dat
CEP17-GA0-GA-U/03:1
Datum dodání záznamu
28. 6. 2017
Finance
Celkové uznané náklady
1 642 tis. Kč
Výše podpory ze státního rozpočtu
1 642 tis. Kč
Ostatní veřejné zdroje financování
0 tis. Kč
Neveřejné tuz. a zahr. zdroje finan.
0 tis. Kč
Uznané náklady
1 642 tis. Kč
Statní podpora
1 642 tis. Kč
0%
Poskytovatel
Grantová agentura České republiky
CEP
CF - Fyzikální chemie a teoretická chemie
Doba řešení
01. 01. 2015 - 31. 12. 2016