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Desmond (software)

Desmond es un paquete de software desarrollado en DE Shaw Research para realizar simulaciones de dinámica molecular de alta velocidad de sistemas biológicos en clústeres de comp...

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Desmond es un paquete de software desarrollado en DE Shaw Research para realizar simulaciones de dinámica molecular de alta velocidad de sistemas biológicos en clústeres de computadoras convencionales . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] El código utiliza algoritmos paralelos novedosos [ 5 ] y métodos numéricos [ 6 ] para lograr un alto rendimiento en plataformas que contienen múltiples procesadores, [ 7 ] pero también puede ejecutarse en una sola computadora.

El núcleo y el código fuente están disponibles sin costo para uso no comercial por parte de universidades y otras instituciones de investigación sin fines de lucro, y se han utilizado en el proyecto de computación distribuida Folding@home . Desmond está disponible como software comercial a través de Schrödinger, Inc.

Programa de dinámica molecular

Desmond admite algoritmos que se utilizan habitualmente para realizar dinámicas moleculares rápidas y precisas. La energía y las fuerzas electrostáticas de largo alcance se pueden calcular mediante métodos basados ​​en Ewald de malla de partículas . [ 8 ] [ 9 ] Se pueden imponer restricciones mediante el algoritmo M-SHAKE . Estos métodos se pueden utilizar junto con esquemas de integración de división de escala temporal (basados ​​en RESPA).

Desmond puede calcular energías y fuerzas [ 10 ] para muchos campos de fuerza estándar de carga fija utilizados en simulaciones biomoleculares, y también es compatible con campos de fuerza polarizables basados ​​en el formalismo de Drude . Se han implementado en el código diversos integradores y soporte para varios conjuntos, incluidos métodos para el control de temperatura ( termostato de Andersen , Nosé-Hoover y Langevin ) y control de presión ( Berendsen , Martyna-Tobias-Klein y Langevin). El código también admite métodos para restringir posiciones atómicas y configuraciones moleculares; permite realizar simulaciones utilizando diversas configuraciones de celda periódicas; y cuenta con herramientas para el establecimiento preciso de puntos de control y reinicio.

Desmond también puede utilizarse para realizar cálculos de energía libre absoluta y relativa (por ejemplo, perturbación de energía libre ). Otros métodos de simulación (como el intercambio de réplicas ) son compatibles mediante una infraestructura basada en complementos, que también permite a los usuarios desarrollar sus propios algoritmos y modelos de simulación.

Desmond también está disponible en una versión acelerada por unidad de procesamiento gráfico (GPU), que es entre 60 y 80 veces más rápida que la versión con unidad central de procesamiento (CPU).

Además del programa de dinámica molecular, el software Desmond también incluye herramientas para la minimización y el análisis de energía, las cuales pueden ejecutarse de manera eficiente en un entorno paralelo.

Los parámetros de los campos de fuerza se pueden asignar utilizando una herramienta de asignación de parámetros basada en plantillas llamada Viparr . [ 11 ] Actualmente admite varias versiones de los campos de fuerza CHARMM , Amber y OPLS , y una variedad de diferentes modelos de agua .

Desmond está integrado con un entorno de modelado molecular ( Maestro , desarrollado por Schrödinger, Inc. ) para configurar simulaciones de sistemas biológicos y químicos, y es compatible con Visual Molecular Dynamics (VMD) para la visualización y el análisis de trayectorias.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Bowers, Kevin J.; Chow, Edmond; Xu, Huafeng; Dror, Ron O.; Eastwood, Michael P.; Gregersen, Brent A.; Klepeis, John L.; Kolossvary, Istvan; Moraes, Mark A.; Sacerdoti, Federico D.; Salmon, John K.; Shan, Yibing; Shaw, David E. (2006). "Algoritmos escalables para simulaciones de dinámica molecular en clústeres de productos básicos" (PDF) . Conferencia ACM/IEEE SC 2006 (SC'06) . pág.  43. doi : 10.1109/SC.2006.54 . ISBN 978-0-7695-2700-0Archivado del original (PDF) el 28 de agosto de 2008. Consultado el 16 de enero de 2009 .
  2. ↑ Jensen, MO; Borhani, DW; Lindorff-Larsen, K.; Maragakis, P.; Jogini, V.; Eastwood, MP; Dror, RO; Shaw, DE (2010). "Principios de conducción y activación hidrofóbica en canales de K+" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 107 (13): 5833– 5838. Bibcode : 2010PNAS..107.5833J . doi : 10.1073 / pnas.0911691107 . PMC 2851896. PMID 20231479 .  
  3. ↑ Dror, RO; Arlow, DH; Borhani, DW; Jensen, MO; Piana, S.; Shaw, DE (2009). "Identificación de dos conformaciones inactivas distintas del receptor β2-adrenérgico que concilia observaciones estructurales y bioquímicas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 106 (12): 4689– 4694. Bibcode : 2009PNAS..106.4689D . doi : 10.1073/pnas.0811065106 . PMC 2650503. PMID 19258456 .  
  4. ↑ Shan, Y.; Seeliger, MA; Eastwood, MP; Frank, F.; Xu, H.; Jensen, MO; Dror, RO; Kuriyan, J.; Shaw, DE (2009). "Un interruptor conservado dependiente de la protonación controla la unión de fármacos en la quinasa Abl" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 106 (1): 139– 144. Bibcode : 2009PNAS..106..139S . doi : 10.1073/pnas.0811223106 . PMC 2610013. PMID 19109437 .  
  5. ↑ Bowers, Kevin J.; Dror, Ron O.; Shaw, David E. (2006). "El método del punto medio para la paralelización de simulaciones de partículas" . The Journal of Chemical Physics . 124 (18): 184109. Bibcode : 2006JChPh.124r4109B . doi : 10.1063/1.2191489 . PMID 16709099 . 
  6. ↑ Lippert, Ross A.; Bowers, Kevin J.; Dror, Ron O.; Eastwood, Michael P.; Gregersen, Brent A.; Klepeis, John L.; Kolossvary, Istvan; Shaw, David E. (2007). "Una fuente común y evitable de error en los integradores de dinámica molecular" . The Journal of Chemical Physics . 126 (4): 046101. Bibcode : 2007JChPh.126d6101L . doi : 10.1063/1.2431176 . PMID 17286520. S2CID 38661350 .  
  7. ↑ Edmond Chow; Charles A. Rendleman; Kevin J. Bowers; Ron O. Dror; Douglas H. Hughes; Justin Gullingsrud; Federico D. Sacerdoti; David E. Shaw (julio de 2008). "Rendimiento de Desmond en un clúster de procesadores multinúcleo" . Informe técnico de investigación de DE Shaw DESRES/TR--2008-01.{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  8. ↑ Bowers, KJ; Lippert, RA; Dror, RO; Shaw, DE (2010). "Acceso mejorado a Twiddle para transformadas rápidas de Fourier". IEEE Transactions on Signal Processing . 58 (3): 1122– 1130. Bibcode : 2010ITSP...58.1122B . doi : 10.1109/TSP.2009.2035984 . S2CID 17240443 . 
  9. ↑ Shan, Yibing; Klepeis, John L.; Eastwood, Michael P.; Dror, Ron O.; Shaw, David E. (2005). "Ewald dividido gaussiano: un método rápido de malla de Ewald para simulación molecular". The Journal of Chemical Physics . 122 (5): 054101. Bibcode : 2005JChPh.122e4101S . doi : 10.1063/1.1839571 . PMID 15740304 . S2CID 35865319 .  
  10. ↑ Lindorff-Larsen, Kresten; Piana, Stefano; Palmo, Kim; Maragakis, Paul; Klepeis, John L.; Dror, Ron O.; Shaw, David E. (2010). "Improved side-chain torsion potentials for the Amber ff99SB protein force field" . Proteins : Structure, Function, and Bioinformatics . 78 (8): 1950–8 . doi : 10.1002/prot.22711 . PMC 2970904. PMID 20408171 .  
  11. ↑ "DEShawResearch/Viparr" . GitHub .
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