Aplicaciones de la computación paralela en bioinformática.

TM.Lic. David Ormeño R.

Lab. Simulación MolecularCEMCC

• Metodología que calcula el comportamiento de una o varias moléculas, analizadas en razón del tiempo transcurrido.

• Basados en los principios de la segunda Ley de Newton o principio fundamental del movimiento y la Ley de elasticidad de Hooke.

• Proveen de información detallada acerca de las fluctuaciones y cambios conformacionales de proteínas y ácidos nucleicos.

• En la actualidad estos métodos son utilizados para la investigación de la estructura, dinámica y termodinámica de moléculas biológicas.

Simulaciones de Dinámicas moleculares (MD)

CHEN J, KIM A. Brownian Dynamics, Molecular Dynamics, and Monte Carlo modeling of colloidal systems. Advances in Colloid and Interface Science 2004; 112(1-3): 159-173.

PyMol

Pymol desarrollado por Delano et al

Consola Tcl/TkGUI

Visor

A

B

Interfaz grafica

VMDVisual Molecular Dynamics

Theoretical and Computational Biophysics Group en el Instituto para Ciencia Avanzada y

Tecnología de la universidad de Illinois en Urbana-Champaign

Menú principalA

Visor OpenGLB

Terminal de comandos

CConsola Tk/Tcl

D

Interfaz grafica.

PuTTy

Desarrollado por Simon Tatham, en Cambridge, Inglaterra

A B

Interfaz grafica

Desarrollado por SSH Communications Security, USA

Secure Shell Client (SSH)

A B

Conexión

Secure File Transfer Client

2

1

Interfaz grafica

NAMD

• NAMD, ganador de un premio Gordon Bell en 2002, es un código para dinámica molecular en paralelo diseñado para simulaciones de alto desempeño,de sistemas biomoleculares.

• NAMD es escalable a cientos de procesadores en plataformas de punta y decenas de procesadores en comodos clusters usando eternet gigabit.

• NAMD usa el programa de presentación gráfica molecular VMD para la configuración de la simulación y análisis de trayectorias, tambien es compatible con AMBER, CHARMM y X-PLOR.

• NAMD a usado tradicionalmente menos de 100MB -300 MB en simulaciones de 100.000 o menos atomos. Esta memoria extra se distribuye a través de los procesadores durante el trabajo en paralelo, pero una estación de trabajo sola puede quedarse sin memoria física en sistemas grandes.

Información obtenida desde el sitio web de NAMD.

Información obtenida desde el sitio web del cluster Biowulf del NIH (national institutes of health) de USA.

Archivos de estructura y topología.

Campos de fuerza y variables de cálculos.

Archivos de salida.

Temperatura, tiempo de simulación y minimización de energía.

Uso de NAMD

• Dirigirse a la carpeta que contenga los archivos para la simulacion (PSF; PDB; archivos de parametros y scripts).

• Llamar al programa y ejecutarlo con el numero de nodos que se crea necesario:namd2 x~/nodelist script.namd>log.log

A B

Efectos de la aplicación de un script para la minimización de energía sobre la fibra β-amiloide. La figura corresponde a una representación grafica (tipo NewCartoon) de la estructura de la fibra β-amiloide, visualizada a través del programa VMD. En (A) se observa la estructura inicial la cual fue sometida a un protocolo de minimización de energía. En (B) se observa a la fibra β-amiloide luego de una simulación de 5 fentosegundos (2000 pasos), realizados por el software NAMD en el CEMCC de la UFRO.

A

C

A

DC

B

Efectos de la aplicación de un script que simula el efecto del aumento de temperatura sobre la fibra amiloide en diversos disolventes. La figura corresponde a una representación grafica (tipo NewCartoon) de la fibra amiloide visualizada a través del programa VMD. Las simulaciones corresponden a un aumento de la temperatura desde 0 a 100º C. En (A) y (B) se observa la estructura inicial la cual fue solvatada y sometida a un protocolo de simulación. En (C) y (D) se observa la fibra amiloide luego de una simulación de 5 fentosegundos (run 2000) en NaCl 1M y KCl 1 M respectivamente. Las simulaciones fueron realizadas en el software NAMD en el cluster del CEMCC de la UFRO.

Referencias

• Sitio web NAMD:http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/

• Sitio web VMD:http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/

• Sitio web Biowulf, NIH:http://biowulf.nih.gov/