C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -1Petr Kulhánek petr.kulhanek@ceitec.muni.cz Národní centrum pro výzkum biomolekul & CEITEC – Středoevropský technologický institut Univerzitní kampus Bohunice, Pavilon A4 Masarykova Univerzita Kamenice 5A, Brno Laboratoř výpočetní chemie přehled výzkumné činnosti LCC Laboratory of Computational Chemistry C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -2Kam patříme ... Masarykova univerzita VUT MENDELU VUVELVFU IPM CEITEC Přírodovědecká fakulta CEITEC-MU Národní centrum pro výzkum biomolekul Strukturní biologie LCC Skupina výpočetní chemie Spolupráce: Skupina Glycobiochemie, Skupiny NMR, Ústav chemie, Ústav biochemie, RECETOX, a další ... Studijní obory: Chemie, Biochemie, Strukturní chemie, Biomolekulární chemie, Chemoinformatika a bioinformatika C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -3Kdo jsme ... prof. RNDr. Jaroslav Koča, DrSc. 1 profesor 5 výzkumných asistentů 2 postdoci 11 doktorských studentů 7 bakalářských a magisterských studentů Mgr. Zdeněk Kříž, Ph.D. E-mail: zdenek.kriz@ceitec.muni.cz Expertise: QM, MD, Docking Mgr. Martin Prokop, Ph.D. E-mail: martin.prokop@ceitec.muni.cz Expertise: Software dev, Dockig RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D. E-mail: petr.kulhanek@ceitec.muni.cz Expertise: QM, QM/MM, MD, Free Energy RNDr. Radka Svobodová, Ph.D. E-mail: radka.svobodova@ceitec.muni.cz Expertise: Chemo and Bioinformatics RNDr. Robert Vácha, Ph.D. E-mail: robert.vacha@ceitec.muni.cz Expertise: MD, MC, Coarse Grain, Free Energy Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D. E-mail: stano@chemi.muni.cz Expertise: QM, QM/MM C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -4Co děláme .... Výpočetní chemie (Computational Chemistry, počítačová chemie) je odvětví chemie, které využívá počítačů při řešení chemických problémů. Používá výsledků teoretické chemie implementované do výkonných počítačových programů určených k výpočtům struktury, vlastností a reaktivity molekul a pevných látek. I když její výsledky doplňují informace získané chemickými experimenty, v určitých případech může předpovědět doposud nepozorované chemické jevy. Výpočetní chemie je široce používaná v návrhu nových léčiv a materiálů. www.wikipedia.org C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -5Výpočetní chemie reálný problém (chování chemického systému na makroskopické úrovni) molekulární podstata (chování chemického systému na mikroskopické úrovni) experiment C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -6Výpočetní chemie reálný problém (chování chemického systému na makroskopické úrovni) molekulární podstata (chování chemického systému na mikroskopické úrovni) experiment )()(ˆ rr kkk EH   i i i r V m dt rd    )( 2 2 R    k Tk U b b k eTkA a další .... C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -7Výpočetní chemie reálný problém (chování chemického systému na makroskopické úrovni) molekulární podstata (chování chemického systému na mikroskopické úrovni) experiment výpočet    k Tk U b b k eTkA )()(ˆ rr kkk EH   i i i r V m dt rd    )( 2 2 R C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -8Výpočetní chemie experiment teorie výpočetní chemie “rozlišen픓přesnost” Výpočetní chemie může doplnit experimentální výsledky pomocí počítačových simulací studovaných systémů s až atomovým rozlišením a získat tak ucelený a konzistentní pohled na studovaný problém. C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -9Co děláme … lectiny enzymy velké biomolekulární komplexymalé komplexy • expertíza v oblastech výpočetní chemie molekulárně dynamické simulace, dokování, chemo a bioinformatika, vazebné energie, kvantová mechanika, hrubozrnné modely … • vývoj výpočetních nástrojů, postupů a softwaru in silico návrh léčiv a mutantních proteinů, výpočty volných energií, rychlé výpočty nábojů, virtuální screening, predikce tunelů a kavit v biomolekulách … • studium systémů různých velikostí C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -10Interdisciplinární obor C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -11Úrovně teorie Kvantová mechanika Molekulová mechanika Coarse-grained mechanika atomic resolution bead resolution reaktivita pohyb domén, folding atomic resolution bead resolutionatomové rozlišení bead resolution konformační pohyby až 1'000 atomů * až 1'000'000 beads *až 1'000'000 atomů * až 100 ps * až ms *až 1 ms * C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -12Projekty I Studium (bio)molekulárních systémů C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -13Virtuální screening Motivace Software nástroje Cíl Výkonnost Lectin PA-IIL • Autodock Vina • heterogenní výpočetní zdroje • jeden doking cca 1-10 minut/ligand • ca 900 souběžně běžících úloh • rychlost hledání cca 250 000 ligandů za den C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -14Konformační pohyby a transport otevírání endonukleasy BsoBI • Konformační pohyby a transport jsou důležité pro funkci bimolekulárních systémů transport iontů v DNA kvadruplexech C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -15Reakční mechanismy enzymů C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -16Hrubozrnné simulace C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -17Další projekty v LCC … interakce b-amyloid / cerebrosterol supramolekulární komplexy tunely v proteinech rychlé výpočty nábojů strukturní motivy C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -18Projekty II Vývoj metod C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -19Vyvíjený software SiteBinderMoleTriton EEM The program TRITON is a graphical tool for computational aided protein engineering. PMFLib is a set of various programs and libraries suited for free energy calculations. It implements: adaptive biasing method, constrained dynamics, metadynamics, and others. Více na: https://lcc.ncbr.muni.cz C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -20- NEMESIS Petr Kulhánek, Jakub Štěpán, Milan Lenčo, Petr Balík, Jiří Klusák, Zora Střelcová … C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -21Výpočetní zdroje C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -22Výpočetní zdroje MetaCentrum • Národní gridová infrastruktura • ca 2500 CPU jader • CEITEC/NCBR vlastní zdroje cca 850 CPU jader • 2 x 100 TB úložných diskových polí • cca 3 TB na uživatele http://www.metacentrum.cz/ IT4Innovation • ve stavu vystavby • strojový čas dle přihlášek http://www.it4i.cz/ Účet může získat student libovolné vysoké školy. C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -23Klastr WOLF Učebna s 20 PC 3D vizualizace Uspořádaní do výpočetního klastru Učebna je volně přístupná bakalářským studentům, kteří jsou členové LCC skupiny. C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -24- Přednášky C2110 Operační systém UNIX a základy programování C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování I C7800 Počítačová chemie a molekulové modelování I – cvičení C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii C2115 Praktický úvod do superpočítání C2160 Programování v jazyce C pro chemiky C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -25- Shrnutí  Práce na zajímavých projektech  Využívání nejmodernějších výpočetních technologií  Práce ve zkušeném kolektivu  Možnost práce z domu C4185 Seminář k bakalářské práci I, 15. dubna, 2013 -26- Kontakty Laboratoř výpočetní chemie Národní centrum pro výzkum biomolekul, UKB, Pavilon A4 http://lcc.ncbr. muni.cz Semináře LCC skupiny každý čtvrtek v 10 hodin v místnosti 2.11/A4.