Оптимизация моделирования белковых взаимодействий на многопроцессорных системах с предоставлением доступа к алгоритму через веб-интерфейс
Автор: Романенков Кирилл Владимирович, Сальников Алексей Николаевич
Статья в выпуске: 1 т.3, 2014 года.
Бесплатный доступ
В работе представлены параллельные версии последовательной программы создания молекулярных интерфейсов с применением технологии OpenMP и MPI. Обе версии показали достаточную масштабируемость и лучшие временные показатели по сравнению с последовательной версией при запуске на одном процессоре. Моделирование белкового интерфейса для некоторых соединений занимает более двадцати часов счета на нескольких сотнях процессоров, поэтому для задач моделирования белковых соединений с большим количеством позиций важно наличие недетерминированных алгоритмов, позволяющих за приемлемое время получать биологически корректный результат. Выбор стохастических алгоритмов оправдал себя:и метод Монте-Карло, и алгоритм пчелиного поиска нашли пространственное расположение молекулы, соответствующее минимальному энергетическому состоянию. Предоставление доступа к реализации алгоритма по веб-интерфейсу отвечает современным тенденциям к перемещению вычислений на сторону сервера и позволяет широкому кругу специалистов использовать вычислительные мощности, предоставляемые Московским государственным университетом, а с учетом расширения сферы применимости задач молекулярного моделирования наличие открытого веб-интерфейса, предоставляющего удаленный доступ к вычислительным кластерам, является достаточно важной задачей.
Биинформатика, многопроцессорные системы, создание молекулярных интерфейсов, параллельные алгоритмы, стохастические алгоритмы
Короткий адрес: https://sciup.org/147160521
IDR: 147160521 | УДК: 004.942
Optimization of modeling immobilized protein interactions on compulational clusters with the supplying of access to the algorithm via web-interface
In this work were introduced parallel versions based on OpenMP and MPI technologies of sequential program for modeling immobilized protein interactions. Both versions have shown goodscalability and better time indices to compare with the sequential version when running on singleprocessor. Need to mention that modeling of immobilized protein interactions for some compoundshave taken more than twenty hours of computations on several hundreds of processors, that’swhy for such modeling tasks with the great quantity of positions availability of nondeterministicalgorithms, providing biologically correct result in reasonable time, seems to be rather important.Selection of stochastic algorithms has proved its value: both Monte-Carlo and simulated bee colonyalgorithms had found conformation corresponding minimal energy state. Supplying of access to thealgorithm via web-interface measures up modern specifications of remote computations and allowsthe wide circle of specialists use computational power of Moscow State University and, taking intoaccount extending the sphere of application tasks of molecular simulation, the presence of openweb-interface providing remote access to the computational clusters is quite an important task.
Список литературы Оптимизация моделирования белковых взаимодействий на многопроцессорных системах с предоставлением доступа к алгоритму через веб-интерфейс
- Fortenberry, C. Exploring Symmetry as an Avenue to the Computational Design of Large Protein Domains/C. Fortenberry, E.A. Bowman, W. Proffitt, B. Dorr, S. Combs, J. Harp, L. Mizoue, J. Meiler//Journal of the American Chemical Society. -2011. -Vol. 133, No. 45. -P. 18026-18029.
- Wernisch, L. Automatic protein design with all atom force-fields by exact and heuristic optimization/L. Wernisch, S. Hery, S.J. Wodak//Journal of Molecular Biology. -2000. -Vol. 301, No. 3. -P. 713-736.
- Leach, A.R. Exploring the conformational space of protein side chains using dead-end elimination and the A* algorithm/A.R. Leach, A.P. Lemon//Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. -1998. -Vol. 33, No. 2. -P. 227-239.
- Tantar, A.A. A parallel hybrid genetic algorithm for protein structure prediction on the computational grid/A.A. Tantar, N. Melab, E.G. Talbi, B. Parent, D. Horvath//Future Generation Comp. Syst. -2009. -Vol. 23, No. 3. -P. 398-409.
- Pitman, D.J. Improving computational efficiency and tractability of protein design using a piecemeal approach. A strategy for parallel and distributed protein design. -Bioinformatics. -2013./D.J. Pitman, C.D. Schenkelberg, Y.M. Huang, F.D. Teets, D. DiTursi, C. Bystroff. URL: (дата обращения: 30.12.2013) DOI: 10.1093/bioinformatics/btt735
- Molto, G. Protein design based on parallel dimensional reduction/G. Molto, M. Suarez, P. Tortosa, J.M. Alonso, V. Hernandez, A. Jaramillo//Journal of Chemical Information and Modeling. -2009. -Vol. 49, No. 5. -P. 1261-1271.
- Street, A.G. Computational protein design/A.G. Street, S.L. Mayo. URL: http://dx. doi.org/10.1016/S0969-2126(99)80062-8 (дата обращения: 24.02.2013).
- Voigt, C.A. Trading accuracy for speed: A quantitative comparison of search algorithms in protein sequence design/C.A. Voigt, D.B. Gordon, S.L. Mayo//Journal of Molecular Biology. -2000. -Vol. 299, No. 3. -P. 789-803.
- Pham, D.T. The Bees Algorithm -A Novel Tool for Complex Optimisation Problems/D.T. Pham, A. Ghanbarzadeh, E. Koc, S. Otri, S. Rahim, M. Zaidi//2nd International Virtual Conference on Intelligent Production Machines and Systems (IPROMS’2006) -2006. -P. 454-461.
- Hamers-Casterman, C. Naturally occurring antibodies devoid of light chains/C. Hamers-Casterman, T. Atarhouch, S. Muyldermans, G. Robinson, C. Hamers, E.B. Songa, N. Bendahman, R. Hamers//Nature. -1993. -Vol. 363. -P. 446-448.
- Revets, H. Nanobodies as novel agents for cancer therapy/H. Revets, P. De Baetselier, S. Muyldermans//Expert Opinion on Biological Therapy. -2005. -Vol. 5, No. 1. -P. 111-124.
- Grishin, A. Bioinformatics analysis of LAGLIDADG homing endonucleases for construction of enzymes with changed DNA recognition specificity/A. Grishin, I. Fonfara, W. Wende, D. Alexeyevsky, A. Alexeyevsky, S. Spirin, O. Zanegina, A. Karyagina//4-th Moscow Conference on Computational Molecular Biology. -Moscow, MSU, 2009. -P. 123.
- Князев, Н. А. Система справедливого планирования и унифицированного запуска задач пользователя на суперкомпьютерах/Н.А. Князев, А.Н. Сальников//Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ’2010): Труды международной научной конференции (Уфа, 29 марта -2 апреля 2010 г.). -Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. -C. 665-666.
- Сальников, А.Н. Интернет-cервис для построения множественного выравнивания последовательностей на многопроцессорных системах, созданный на основе data-flow модификации алгоритма MUSCLE/А.Н. Сальников//Параллельные вычислительные технологии (ПАВТ’2009): Труды международной научной конференции (Нижний Новгород, 30 марта -3 апреля 2009 г.). -Челябинск: издательский центр ЮУрГУ, 2009. -С. 680-687.
