Projekti / Programi
Razvoj računalniških algoritmov za makromolekularne simulacije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.07.00 |
Naravoslovje |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P000 |
Naravoslovno-matematične vede |
|
molekularno modeliranje, računalniške simulacije, algoritmi, molekulska dinamika, simplektične metode, analiza po normalnih načinih nihanja, vzporedne računalniške metode, računalniške vizualizacije makromolekul, proteinska vezavna mesta, biološko aktivne učinkovine
Raziskovalci (9)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
23422 |
dr. Urban Borštnik |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
36 |
| 2. |
28560 |
dr. Nejc Carl |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Mladi raziskovalec |
2009 - 2011 |
23 |
| 3. |
02287 |
dr. Milan Hodošček |
Kemija |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
281 |
| 4. |
06734 |
dr. Dušanka Janežič |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Vodja |
2008 - 2011 |
505 |
| 5. |
25435 |
dr. Janez Konc |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Raziskovalec |
2008 - 2010 |
236 |
| 6. |
13627 |
dr. Franci Merzel |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
220 |
| 7. |
19037 |
dr. Matej Praprotnik |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
328 |
| 8. |
30286 |
dr. Blaž Vehar |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Mladi raziskovalec |
2009 - 2011 |
17 |
| 9. |
26516 |
dr. Jernej Zidar |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Mladi raziskovalec |
2008 - 2009 |
26 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
21.436 |
Povzetek
Cilj predlaganega raziskovalnega projekta je povečanje natančnosti in učinkovitosti obstoječih algoritmov za računalniške simulacije makromolekularnih sistemov. Predvsem nameravamo: učinkovito reševati klasične in kvantne enačbe gibanja s pomočjo novo razvitih simplektičnih algoritmov, ki temeljijo na analitični obravnavi visokofrekvenčnih gibanj; izboljšati obravnavo topila pri simulaciji molekulske dinamike z razvojem metod, kjer le hidratacijsko plast topila predstavimo eksplicitno, preostali del topila pa implicitno; in razviti nove algoritme za napovedovanje proteinskih vezavnih mest.
Predlagane metodološke izboljšave bodo omogočile povečanje zmogljivosti obstoječih algoritmov tako glede velikostne kot časovne skale in s tem prispevale k boljšemu vpogledu v odnos med strukturo in funkcijo obravnavanega sistema. Uporabnost novo razvitih metod in pristopov bomo pokazali na nekaterih biološko zanimivih primerih.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj na področju algoritmov za simulacije makromolekularnih sistemov, na osnovi katerih deluje tudi metoda molekulske dinamike, omogoča večjo natančnost računanja in s tem bolje izrabljen računalniški čas pri obravnavanju biološko zanimivih molekul, kakor tudi daljše simulacije kompleksnih sistemov. Novo izpeljane metode so posebej obetavne, ker dopuščajo tudi vključitev hidratacijskih efektov, kar predstavlja bistveno izboljšavo za simulacijo molekulske dinamike. S praktičnega stališča pa je zaradi večje napovedne sposobnosti bolj ekonomičnih metod za simulacijo molekulske dinamike pridobilo tudi področje proteinskega inženiringa.
Novo razvite algoritme za simulacije makromolekulskih sistemov, molekulske dinamike in drugih, je možno kot dodatni modul vgraditi v računalniške programe, ki se široko uporabljajo za molekularno modeliranje biološko pomembnih molekul. Povečanje napovednih sposobnosti metod za simulacijo molekulske dinamike proteinov je zelo pomembno za metode genetskega inženiringa, kajti s tem smo bliže razumevanju povezave med tridimenzionalno strukturo in biološko funkcijo proteinov. Glede na obete, ki jih daje Human Genome Project se bo zelo povečala potreba po napovedovanju struktur višjega reda iz primarnih struktur.
To delo je pomembno tudi za razvoj sodobnih metod za računalniške simulacije, s pomočjo katerih bo mogoče simulirati večje molekulske sisteme bolj ekonomično in v krajšem računskem času. Rezultat tega projekta - nove metode - smo nekatere že, druge pa še bomo, vgradili v CHARMM (Chemistry at HARvard for Macromolecular Mechanics) pogosto uporabljen računalniški program za simulacije makromolekularnih sistemov.
Pomen za razvoj Slovenije
Cilj projekta je bil razvoj, izboljšava in analiza numeričnih metod za računalniške simulacije makromolekulskih sistemov, še posebej metodo simulacije molekulske dinamike in uporaba le teh algoritmov za obravnavo biološko zanimivih makromolekul. Pomemben del projekta predstavlja implementacija novo razvitih metod na vzporednih računalnikih. Pomemben del projekta je tudi to, da nam je s tem omogočeno sodelovanje z vodilnimi laboratoriji v svetu na tem področju.
Rezultate raziskav smo objavili v najboljših mednarodnih znanstvenih revijah in jih predstavili na mednarodnih in domačih znanstvenih konferencah.
Pri raziskavah, ki jih izvajamo v okviru našega raziskovalnega dela v Centru za molekularno modeliranje na Kemijskem inštitutu, v sodelovanju s firmo Lek, d.d., Raziskave učinkovin delamo na projektih raziskav novih učinkovin na kardiovaskularnem in antiinfektivnem terapevtskem področju. Sodelujemo tudi z IJS, MF, FMF, BF, FF, FRI (vse UL), in FAMNIT, UP.
Sodelavci naše skupine smo vpeti v več industrijskih projektov, ki se v okviru Laboratorija za molekularno modeliranje in Centra za molekularno modeliranje na KI izvajajo v sodelovanju s firmo Lek, d.d. Delamo na področju molekularnega modeliranja na projektih raziskav novih učinkovin. Industrijski projekt za LEK, d.d., po pogodbi št. BIO-6/2010: Računalniško modeliranje biofarmacevtskih molekul s serverjem ProBiS. Vodja projekta je prof. dr. Dušanka Janežič.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
