Superkomputer: Zastosowania

Modele gruboziarniste, w których opisu gruboziarnistego, w którym grupy atomów lub całe podstruktury albo molekuły są traktowane jako jednostki, są obecnie szeroko stosowane w symulacjach biomolekularnych, ponieważ umożliwiają one rozszerzenie skali czasu i rozmiaru układu o 3 i więcej rzędów wielkości w stosunku do modeli pełnoatomowych [1]. Modele te są konstruowane w oparciu o fizykę oddziaływań lub w oparciu o rozpoznawanie motywów z baz danych strukturalnych. O ile podejście drugie odnosi większe sukcesy w modelowaniu struktur białek i innych biomolekuł, jego wadą jest niemożność modelowania dynamiki oraz oddziaływań, które to zadania mogą być realizowane z użyciem metod opartych o fizykę. Ponadto metody oparte o fizykę umożliwiają racjonalne powiązanie modeli otrzymanych na różnych poziomach rozdzielczości. W ramach obecnego projektu będziemy dalej rozwijać opracowany w naszej grupie badawczej Jednolity Model Gruboziarnisty makromolekuł biologicznych (ang. UNIfied Coarse gRaiNed Model, UNICORN), którego poprzednikiem był gruboziarnisty model UNRES białek [2]. Model ten sprawdził się zarówno w modelowaniu struktur makromolekuł biologicznych, jak i w modelowaniu ich dynamiki, agregacji i procesów biologicznych zachodzących z ich udziałem [3]. Ostatnio UNICORN został znacząco zoptymalizowany pod względem efektywności zrównoleglenia i, co za tym idzie, szybkości obliczeń w ramach projektu Euro HPC realizowanego przez CI TASK [4]. W ramach wnioskowanego projektu będziemy rozwijać funkcję energii, wprowadzając dalekozasięgowe wkłady korelacyjne oraz zaawansowane modele solwatacyjne, wzbogacą możliwe do modelowania topologie cząsteczek (cyklizacja), bardziej efektywne algorytmy dynamiki molekularnej (podziału kroku czasowego), parametryzować i testować wzbogacone pola siłowe modelu UNICORN, rozwijać metody wprowadzania więzów z eksperymentów magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), sieciowania chemicznego połączonego ze spektroskopią mas (XL-MS) oraz małokątowego rozpraszania promieni rentgenowskich i neutronów (SAXS/SANS). We współpracy z grupami eksperymentalnymi będziemy stosować opracowaną metodologię do rozwiązywania problemów biologii molekularnej.
[1] Kmiecik, S, Gront, D, Koliński, M, Wieteska, L, Dawid, A and Koliński, A, Chem. Rev., 116, 7898–7936 (2016).
[2] Liwo, A., Baranowski, M., Czaplewski, C., Gołaś, E., He, Y., Jagieła, D., Krupa, P., Maciejczyk, M., Makowski, M., Mozolewska, M. A., Niadzvedtski, A., Ołdziej, S., Scheraga,
H. A., Sieradzan, A. K., S´ lusarz, R., Wirecki, T., Yin, Y. and Zaborowski, B., J. Mol. Model., 20, 2306 (2014).
[3] A.K. Sieradzan, C. Czaplewski, P. Krupa, M.A. Mozolewska, A.S. Karczyńska, A.G. Lipska, E.A. Lubecka, E. Gołaś, T. Wirecki, M. Makowski, S. Ołdziej, A. Liwo, Methods in Molecular Biology, 2375, pp. 399-416 (Clifton, N.J., 2022), ISSN 1064-3745, DOI:10.1007/978-1-0716-1716-8_23.
[4] A.K. Sieradzan, J. Sans‐Duñó, E.A. Lubecka, C. Czaplewski, A.G. Lipska, H. Leszczyński, K.M. Ocetkiewicz, J. Proficz, P. Czarnul, H. Krawczyk, A. Liwo, J. Comp. Chem., 44, 602-625 (2023).