Практичний досвід, проблеми та кроки інтеграції до віртуальних

Практичний досвід, проблеми та кроки інтеграції до віртуальних співтовариств в області структурної біології

О.І.Корнелюк Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ

Робоча нарада УНГ-2012 1-2 листопада 2012 р.

WeNMR – світова інфраструктура для ЯМР та структурній біологіїКоординатор проекту:Prof. Alexandre M.J.J. Bonvin, Utrecht University, [email protected]

Тривалість: 3 роки Бюджет: 2’434’000 € EC : 2’150’000 €

Utrecht University, Bijvoet Center for Biomolecular Research, NLJohann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt a.M., Center for Biomolecular Magnetic Resonance DEUniversity of Florence, Magnetic Resonance Center, ITIstituto Nazionale di Fisica Nucleare , Padova, ITRaboud University, Nijmegen, NLUniversity of Cambridge UKEuropean Molecular Biology Laboratory, Hamburg, DESpronk NMR Consultancy, LT

Команда

# Number of dimensions 2# INAME 1 1H# INAME 2 1H 12 2.137 2.387 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2756 2760 0 14 2.387 4.140 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2760 2752 0 32 1.849 4.432 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2259 2257 0 36 1.849 3.143 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2259 2587 0 39 1.760 4.432 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2260 2257 0 40 1.760 1.849 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2260 2259 0 43 1.760 3.143 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2260 2587 0 46 1.649 4.432 1 T 1.035e+05 0.00e+00 r 0 2583 2257 0 47 1.649 1.849 1 T 0.000e+00 0.00e+00 - 0 2583 2259 0

assign ( resid 501 and name OO ) ( resid 501 and name Z ) ( resid 501 and name X ) ( resid 501 and name Y )

( resid 2 and name CA ) -0.1400 0.15000

assign ( resid 501 and name OO ) ( resid 501 and name Z ) ( resid 501 and name X ) ( resid 501 and name Y )

( resid 3 and name CA ) -0.0100 0.15000

Datainterpretation

Structure, dynamics & interactionsStructure, dynamics & interactions impact on research and health:impact on research and health:

- origin of diseaseorigin of disease- design of new experiments- design of new experiments

- drug design- drug design ……

Використання GRID ресурсів в структурній біології

Computations

NMR data collection and processing SAXS data analysis

• Operate and further develop a user-friendly e-Science gateway for the NMR and SAXS communities

• Establish a virtual research platform for (interaction with) the user community

• Provide support to software developers, users and other e-Infrastructure projects

• Foster the adoption and use of e-Infrastructure in a wide range of flanking disciplines within the life sciences

• Operate and consolidate the eNMR Grid infrastructure and to extend it to interoperate with other worldwide Grid initiatives

Основні ціліОсновні цілі

WeNMR побудований на основі проектуWeNMR побудований на основі проекту eNMReNMR “Deploying and unifying the NMR e-Infrastructure in System Biology”

haddock.chem.uu.nl/enmr/eNMR-portal.html

e-NMR allows researchers to enjoy all of the benefits of bio-NMR with only minimal efforts for the set-up of data analysis & calculations.

Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt a.M., Germany, Center for Biomolecular Magnetic Resonance

University of Florence, Magnetic Resonance Center , Italy. Subcontractor: Spronk NMR, Vilnius, Lithuania

Utrecht University, The Netherlands- Bijvoet Center for Biomolecular Research. Subcontractor: CNRS Lyon

European Bioinformatics Institute, Hinxton, UK

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Padova, Italy

The e-NMR web portal is accessible through the web and exploits GRID technology to provide users with high computational capacity and a secure protocol for access

The team:

www.e-nmr.eu

http://www.enmr.eu/

eNMR platform operational and well used!

• 2nd largest VO in the life sciences• Over 230 registered users and growing• >16000 CPUs• >350 CPU years over the last 12 months• 20% of Life Sciences on the Grid• User-friendly access to e-Infrastructure via web portals

www.enmr.eu

Objectives

Майбутнє… глобальне віртуальне співтовариство дослідників

http://www.wenmr.eu/

Total VO’s users – 464Users from Ukraine – 8

VO: enmr.eu

Parameters of MD simulation

Mon Oct 29 20:20:14 2012

GRM NOTE 88677-1:

Submit job to grid. Destination:

grid-cr5.desy.de:8443/cream-pbs-desy

Mon Oct 29 20:25:05 2012

JBM NOTE 88677-1:

Notified user O.Savytskyi [email protected] of RUNNING job status.

Message: Your GROMACS simulation part 1 is running on the grid

Submit job to grid

Control panel web-interface

Limits

VO:enmr.eu

CPU cores per task< 6

Trajectory time, ns< 10 < 50 (advanced user)

REMARKOnly for small biopolymers,without full automatization for project

VO:moldyngrid

CPU cores per task< 100

Trajectory time, ns> 100

REMARKThere is no web-interface for MD restart from checkpoint file

Веб-сервери WeNMR

AMBER -> Molecular dynamicsGROMACS -> Molecular Dynamics

CSROSETTA -> Structure CalculationCNS -> Structure CalculationXPLOR -> Structure calculation

ROSETTA -> protein folding prediction

HADDOCK-> protein-protein docking + =

TALOS+ програма для визначення торсійних кутів амінокислотних залишків з даних ЯМР. В якості вхідних даних використовуються хімічні зсуви: 13Cα, 13Cβ, 13CО, 15N, 1Hα та 1HN. Отримані результати порівнюється з базою даних, на даний час в якій є інформація для 200 білків.

TALOS+

Веб-сервер DisMeta включає в себе набір біоінформатичних програмних пакетів, які дозволяють проводити передбачення неструктурованих ділянок в білках, структурний аналіз амінокислотної послідовності білків та порівнювати отримані результати.

DisMeta

Веб-сервер UNIO дозволяє виконувати автоматизований аналіз даних ЯМР для визначення 3D структури білка. UNIO являє собою результат більш ніж десять років фундаментальних досліджень спрямованих на визначення з високим ступенем автоматизації, точної та об'єктивної структури білків методом ЯМР. Програма UNIO включає в себе алгоритми аналізу даних на всіх етапах процесу визначення структури білків методом ЯМР.

UNIO

Веб сервер iCing є частиною програмного пакету Cing. Дозволяє проводити аналіз та перевірку якості структури білка.

iCing

Параметр впорядкування амідних зв’язків пептидних груп білка

S2

Номер амінокислоти

V.M. Dubyna, D.B. Kovalskyy, O.S. Ivanova and A.I. Kornelyuk . The improvement of the algorithm for order parameter calculation (S2) from molecular dynamics simulation using the correlation motion function , Biophysical Chemistry , Vol.123, N1 p. 25-28, (2006).

ВІЛ-1 протеаза

Розроблено та застосовано універсальний алгоритм розрахунку параметра впорядкування амідних звязків пептидних груп, S2, з даних МД для порівняльного аналізу з експериментальними даними ЯМР. Розрахунок проводився за формулою:

N

PS i j

ij

)(cos22

Для вивчення конформаційної рухливості білка критичним є порівняння даних розрахунку МД з експериментальними даними ЯМР. Для цього було розроблено та використано програму для розрахунку параметру впорядкованості, S2, для зв‘язку N-H пептидної групи, який можна отримати з експериментальних даних ЯМР та з теоретичних розрахунків МД . Цей параметр є індикатором рухливості білка – конформаційної рухливості N-H амідних зв’язків амінокислотних залишків в наносекундному часовому діапазоні. Величина параметру визначається з даних ЯМР релаксації, але також може бути розрахована з траєкторії моделювання молекулярної динаміки. Нами такий розрахунок для кожного амінокислотного залишку проводили за відомою формулою (Chandrasekhar et al., 1992):

де φij – кут між напрямками орієнтації амідного N-H зв’язку в моменти часу i та j, P2(x) – поліном Лежандра 2 степеня, N – число пар моментів часу, які сумуються. Усереднення проводили двома способами. За першим способом траєкторія розбивалась на відрізки довжиною TR пс. Вищевказану формулу застосовували до всіх пар конформацій в даному часовому відрізку. Одержані значення S2 по всім відрізкам усереднювали. За другим способом усереднення проводили по всім парам конформацій, для яких різниця у часі менша від TR. Було показано, що значення S2, одержані двома способами, мало відрізняються між собою. При значенні TR =100-200 пс результати розрахунку задовільно узгоджуються з експериментальними даними, одержаними методом ЯМР (Freedberg et al., 2002).Отже, розроблено та застосовано універсальний алгоритм розрахунку параметру впорядкованості S2 з даних молекулярної динаміки для порівняння з експериментальними даними ЯМР. Застосування даного алгоритму для порівняння параметру впорядкованості S2 з даних МД при фізіологічних умовах (рH=7, 0.15M NaCl ) для ВІЛ-протеази з даними ЯМР для цього білка показало його високу ефективність.

N

PS i j

ij

)(cos22

Розробка алгоритмів порівняння даних розрахунків молекулярної динаміки з даними ЯМР-спектроскопії

Virtual Team GPGPUGeneral Project Information

Leader: John Walsh (TCD, Ireland)Mailing List: [email protected]: ActiveStart Date: June 7, 2012End Date: start date + 3 months

https://wiki.egi.eu/wiki/VT_GPGPU

Virtual Team project aims To collect detailed requirements from existing and new EGI user communities and their support teams about using GPGPU services in the European Grid Infrastructure

OutputThe project aims to produce a list of detailed user requirements for using GPGPU computing services in the European Grid Infrastructure.

Ireland (Leader)John Walsh (TCD)

BulgariaEmanouil Atanassov (IICT-BAS)Todor Gurov (IICT-BAS)Aneta Karaivanova (IICT-BAS)

ItalyAndrea Giachetti (CIRMMP)

PolandMariusz Sterzel (CYFRONET)Mariusz Mamoński (PSNC)Maciej Filocha (ICM Uniwersytet Warszawski)Radek Januszewski (PSNC)

UkraineOleksandr Savytskyi (IMBG of NAS of Ukraine)

United KingdomAbdeslem DJAOUI (STFC)

SpainMiguel Cárdenas-Montes (CIEMAT)Pablo Briongos Rabadán (CSIC)

FranceAndrea Sartirana (CNRS)Sophie Ferry (CEA)Pierrick MICOUT (CEA)

NetherlandsJan Just Keijser (FOM)

EGI.eu support:Karolis Eigelis (EGI.eu, Netherlands)Nuno Ferreira (EGI.eu, Netherlands)Gergely Sipos (EGI.eu, Netherlands)T. Ferrari (EGI.eu, Netherlands)

Учасники віртуальної команди GPGPU

Результати українського учасника в VT GPGPU

Use casesPropositions and technical aspects for GPU acceleration in GROMACS 4.5 + OPENMM plugin

Participation in the official surveys for GPU users

Корисні контакти в VT GPGPU для UNG

Bio*, Chemistry

Institute or CommunityMariusz SterzelCYFRONET, Poland

Keywords:GromacsNAMD AMBERTeraChem

Physics in Medical Imaging

Institute or CommunityMiguel Cárdenas-MontesCorpuscular Physics Institute of Valencia, Spain

Keywords:PET medical image reconstruction

“Standard HPC Grant 2012”CASPUR Via dei Tizii, Roma (Italy)

http://hpc.caspur.it/hpc-grants

100,000 hours/coreResearch group:

Tullio Scopigno Universita di Roma “La Sapienza”, Italy

Taras Bryk Institute for Condensed Matter Physics of NASU, Lviv, Ukraine

Oleksandr Savytskyi Institute of Molecular Biology and Genetics of NASU, Kiev, Ukraine

Подяки

WeNMR projectDr.  Alexandre M.J.J. BonvinUtrecht University,The Netherlands

VT GPGPUDr. Karolis EigelisVilnius Gediminas Technical University,Lithuania

CASPUR collaboratorsDr. Tullio ScopignoUniversita di Roma “La Sapienza”, Italy

Dr. Taras Bryk Institute for Condensed Matter Physics of NASU, Lviv, Ukraine

Дякую за увагу!