Vývoj software v Loschmidtových
laboratořích
Jan Štourač
Vývoj software
1. Nové algoritmy a metody
2. Komplexní bioinformatická workflow
Vývoj software v LL 2
Vývoj software
1. Nové algoritmy a metody
2. Komplexní bioinformatická workflow
Vývoj software v LL 3
Motivace
▪ Nový nápad ☺
▪ Problémy existujících programů
▪ Nízká/nedostatečná přesnost
▪ Nespolehlivost
▪ Zastaralost
▪ Výpočetní náročnost
Vývoj software v LL 4
CaverDock
Vývoj software v LL
Automatická analýza transportu
malých molekul tunely v proteinech s využitím
molekulového dokování.
5
CaverDock
Vývoj software v LL 6
CaverDock
Vývoj software v LL
?
7
CaverDock
Vývoj software v LL
Discretization
8
CaverDock
Vývoj software v LL 9
CaverDock
Vývoj software v LL 10
Vývoj software
1. Nové algoritmy a metody
2. Komplexní bioinformatická workflow
Vývoj software v LL 11
Motivace
Vývoj software v LL 12
Motivace
Vývoj software v LL
15 nástrojů
2 databáze
13
Motivace
▪ Náročná instalace
▪ Většinou podpora pouze pro Linux
▪ Nedostupnost balíčků v repozitářích → nutnost kompilace
▪ Zastaralý zdrojový kód
▪ Obskurní knihovny
▪ Velké množství (desítky) nástrojů
Vývoj software v LL 14
Motivace
▪ Náročné používání
▪ Často žádné uživatelské rozhraní
▪ Velké množství konfiguračních parametrů (i stovky)
▪ Každý nástroj má své “háčky”
▪ Výstupy většinou textové nebo binární soubory
Vývoj software v LL 15
Motivace
▪ Náročné propojení a analýza výsledků
▪ Výstupy a vstupy často nejsou kompatibilní
▪ Výsledky je nutné manuálně kombinovat a vizualizovat
Vývoj software v LL 16
Motivace
▪ Nedostatek výkonu
▪ Málokdo má k dispozici velké výpočetní zdroje
▪ Náročné na správu a používání
▪ 1 výpočet FireProt = ~3 000 CPU hodin
▪ → na běžném notebooku cca 31 dní
Vývoj software v LL 17
Motivace
Vývoj software v LL 18
Motivace
Vývoj software v LL 19
HotSpot Wizard
Vývoj software v LL
Automatická identifikace reziduí vhodných k
mutagenezi a návrh „chytrých knihoven“ pro
proteinové inženýrství.
20
HotSpot Wizard
Vývoj software v LL 21
HotSpot Wizard
Vývoj software v LL 22
zvýšená termostabilita
o 24° C
HotSpot Wizard
Vývoj software v LL 23
HotSpot Wizard
Vývoj software v LL
Analýza výsledků
Stabilitní hot spoty
(evoluce)
Stabilitní hot spoty
(flexibilita)
Funkční hot spoty
Korelované hot spoty
Výpočet
Návrh knihoven
Standardní mód
SwiftLib
Vstupní data
Struktura proteinu
Esenciální rezidua
Sekvence proteinu
Parametry
Teplotní stabilita
Jednobodové mut.
Vícebodové mut.
24
29 nástrojů
12 databází
HotSpot Wizard
Vývoj software v LL 25
https://loschmidt.chemi.muni.cz/peg/software
Caver 3.0, CaverAnalyst 2.0
analysis of protein tunnels and channels
CaverDock 1.0
energetic analysis of passage of ligands
Hotspot Wizard 3.0
safe mutagenesis and smart libraries
FireProt 1.0
design of thermostabilizing mutations
EnzymeMiner 1.0
mining of novel enzymes in genetic databases
SoluProt 1.0
prediction of protein solubility
CalFitter 1.0
analysis of thermal denaturation data
Vývoj software v LL
Technologie
▪ Frontend
▪ HTML, CSS, JavaScript (TypeScript)
▪ React, Redux, d3.js
▪ Backend
▪ Java, Python
▪ Spring, Hibernate, Lombok
▪ MySQL/MariaDB
27
Vývoj software v LL
Technologie
▪ Deployment
▪ Git, Gitlab
▪ Redmine,
▪ Jenkins
▪ CentOS, Docker
28
Infrastruktura
▪ Vlastní produkční a vývojové prostředí
▪ 47 serverů
▪ 1500 CPU jader
▪ 24 TB RAM
▪ MetaCentrum
▪ > 200 serverů
▪ 20 000 CPU jader
▪ 19 PB úložiště
Vývoj software v LL 29
Statistiky používání
>100 000 uživatelů >111 000 úloh
Vývoj software v LL 30
Možnosti BP a DP
▪ Co nabízíme
▪ Vědecky atraktivní témata na pomezí biologie, chemie a
informatiky s celosvětovým dosahem
▪ Možnost podílet se na:
▪ Návrhu algoritmu nebo workflow a jeho validaci
▪ Vývoji a testování software
▪ Možnost pracovat s moderními technologiemi
▪ Včetně zaškolení
▪ Úzká spolupráce s modeláři a experimentátory
Vývoj software v LL 31
Možnosti BP a DP
▪ Co očekáváme
▪ Praktické zkušenosti se:
▪ Skriptováním – vývoj a validace workflow a metod
▪ Programováním – vývoj software
▪ Ochotu se vzdělávat (v informatice i biologii)
▪ Ochotu na práci strávit více než poslední semestr
Vývoj software v LL 32
Kontakt
Jan Štourač
▪ UČO: 113869
▪ Budova A13, místnost 108
▪ E-mail: stourac@mail.muni.cz
▪ Web: loschmidt.chemi.muni.cz/peg/
Vývoj software v LL 33
https://loschmidt.chemi.muni.cz/peg/software
Caver 3.0, CaverAnalyst 2.0
analysis of protein tunnels and channels
CaverDock 1.0
energetic analysis of passage of ligands
Hotspot Wizard 3.0
safe mutagenesis and smart libraries
FireProt 1.0
design of thermostabilizing mutations
EnzymeMiner 1.0
mining of novel enzymes in genetic databases
SoluProt 1.0
prediction of protein solubility
CalFitter 1.0
analysis of thermal denaturation data