Drugdiscoveryhome projekt ochotniczego przetwarzania rozproszonego w zakresie raka

Drugdiscovery@home – projekt ochotniczego przetwarzania rozproszonego w zakresie raka, starzenia się i komórek macierzystych. Andrey Voronkov* and John Shultz *av@drugdiscoveryathome. com

Czym jest VCSC I przetwarzanie rozproszone? Jednostki obliczeniowe przesyłane są do lokalnych lub globalnie rozproszonych komputerów, a wyniki obliczeń są odsyłane do serwera. Projects Ochotnicy Lokalna sieć – VCSC Internetowe – ochotnicze Przetwarzanie Serwer BOINC Pomaga nauce Angażuje zwykłych ludzi w naukę http: //boinc. berkeley. edu/trac/wiki/Boinc. Papers

DRUGDISCOVERY@HOME PROJECT WORKFLOW

Metody projektu: • • Przetwarzanie rozproszone, Przetwarzanie GPU Virtualne obrazowanie z użyciem giętkich aminokwasów Schemat odprężonych kompleksów dla dokowania Dynamika molekularna z konkretnymi modelami rozpuszczalników dla oceny stabilności kompleksów białkoligand • Mapowanie interaktywne dróg z dynamicznym modelowaniem zmian Zakres badań: • Biocele zaangażowane w drogach sygnałowych nisz komórek macierzystych • Które są powiązane lecz nie ograniczone z rakiem i chorobami neurodegradacyjnymi. Biocele pasujące do regulacji raka/starzenia się zgodnie z hipotezą na rys. A • Przykłady biocelów: Białka związane z ścieżkami sygnałowymi Wnt, Shh i Notch. • Inne cele biologiczne, związane z rakiem, chorobami degeneratywnymi I biologią komórek macierzystych moga zostać rozpatrzone we współpracy z grupami biologów experymentalnych.

Robocza hipoteza raka/degeneracji oraz symetrycznego/niesymetrycznego podziału komórek macierzystych

Dokonania: – Wstępna integracja strony internetowej projektu z Drupal – Molekularne dokowanie CPU wysokiej przepustowości • Dystrybuuje Python • Dystrybuuje niektóre pakiety narzędzi MGL • Zarządzane przez BOINC Wrapper – Integracja GROMACS z wrapperem BOINC dla CPU • Symuluje 100 ps w 2. 5 godziny • Zakres plików trajektorii od 10 -40 MB • Rezultaty kompresowane w formacie 7 zip – Integracja Autodock 4. 0 z Wrapperem BOINC dla CPU – Dokowanie białko-ligand ->MD workflow setup (acpypi) – Integracja głównych platform • Windows • Mac PPC i Intel • Linux

Drużyna: • Andrey Voronkov, doktor, uniwersytet moskiewski, wydział chemii – szef projektu, modelowanie molekularne, projektowanie leków, setup serwera BOINC • John Shultz, Narodowa akademia nauk, Washington D. C. , IT, kodowanie, setup serwera BOINC • Jorden van der Elst, główny tester oprogramowania • Współpracujemy także z wieloma ludźmi z przemysłu, którzy opracowywują cześć systemów biologicznych, i którzy nie chcą na razie ujawniać swoich danych osobowych.

WSPÓŁPRACA

Opcja 1: Współpraca z biologami eksperymentalnymi

Opcja 2: Virtual Campus Super Computing dla uniwersytetów i organizacji Zalety w stusunku do przetwarzania klastrowego: • Nowy zbiór mocy obliczeniowej w bardzo niskiej cenie • Podwyższona stabilnośc w porównaniu do klastrów I superkomputerów • Aplikacja nie musi być dostosowywana do potrzeb środowiska klastrowego • Pozytywny PR dla uniwersytetów Zalety w stosunku do przetwarzania ochotniczego: • Czyste VCSC, brak ochotników na zewnątrz sieci o Brak systemu kredytowego, brak oszustw, Tylko jeden rezultat per próbka (Lepsza wydajność per CPU), lepsze bezpieczeństwo, bardziej elastyczne jeśli chodzi o licencje oprogramowania • Projekt ochotniczy o Trzeba zapobiegać cheatowaniu, walidować rezultaty, więcej ograniczeń przy redystrybucji licencjonowanego oprogramowania

Przykłady aplikacji do projektowania leków VCSC zwiększa zasoby przetwarzania o kilka rzędów i umożliwia zastosowanie istniejącego oprogramowania w stosunku do większej liczby obiektów. Przykład 1. Wirtualne ekranowanie - dokowanie organicznych elementów do biocelów. 1 średni CPU ~1 000 elementów ekranowanych przez model dokowania sztywnego białka z użyciem Autodock 4. 0 100 dni VCSC z 200 CPU ~ 1 000 elementów Autodock 4. 0. dokowanie do sztywnego modelu białka lub ~ 50 000 elementów dokujących do modelu elastycznego białka 1 dzień Przykład 2. molekularna dynamika kompleksów białko-ligand z wyszczególnionym modelem cząsteczek wody 1 średni CPU Dynamika cząsteczkowa 100 picosekund 100 aminokwasów kompleksów białek z VCSC 100 trajektorii na 100 ps dla małocząsteczkowym jednego kompleksu lub 100 z 200 CPU ligandem z konkretną wodą odmiennych kompleksów I solami podczas 2 dni białko-ligand na jedną 100 ps trajektorję Użycie GPU może zwiększyć zasoby obliczeniowe od 10 do 50 w stosunku do CPU

Tworzenie centrum Virtual Campus Supercomputing Ø I. Stawianie serwera centrum Campus virtual supercomputing • I. 1 Ocena potencjalnych zasobów obliczeniowych i wymagań dla serwera • I. 2 Stawianie serwera BOINC Ø II. Komunikacja z właścicielami komputerów i administratorami systemu Ø III. Komunikacja z naukowcami obliczeniowymi • Rozpoznanie naukowców z wymagającymi-obliczeniowo aplikacjami które dobrze pasują do przetwarzania ochotniczego. • Portowanie aplikacji do BOINC • Kompilacja aplikacji dla CPU Windows/Linux • Kompilacja aplikacji dla GPU Nvidia/ATI AMD • Ustawianie opcji BOINC (system priorytetów, limity zadań) Ø IV. Utrzymanie VCSC Całkowity czas na VCSC: 2 -3 osobo-miesięcy

PLANY (2 lata): 1) Programowanie GPU dla aplikacji I klienta BOINC – znaczący wzrost mocy obliczeniowej dla ekranowania wirtualnego I dynamiki molekularnej z wyszczególnionymi modelami rozpuszczaliników. 2) Implikacje wielu metod elastyczności białka takich jak schemar odprężonego kompleksu I dynamika białek Monte Carlo. 3) Dynamiczne modelowanie sieci ścieżek sygnałowych które musi dac wynik w postaci interaktywnego mapowania I przewidywania najbardziej obiecujących biocelów dla zadanych chorób. 4) Projektowanie leków I testowanie elementów biologicznych dla obiecujących biocelów ze ścieżki sygnałowej Wnt (pierwszy rok) ~810 biocelów, i Shh, Notch oraz innych białek regulujących nisze komórek macierzystych w drugim roku (10 -15 biocelów). Wymaganie finansowanie 150 000$/rok: -Pensja na pełny etat dla 4 osób, hosting, cześć licencji na oprogramowanie Alternatywne źródła finansowania rozpatrywane teraz: - Granty dla małych jednostek – wymaga wykonania projektu jako niekomercyjny (we współpracy z uniwersytetami) - Sprzedaż I usługi (Ochotnicze dzielenie zysków, wstępny ogólny business plan dostępny na życzenie), Wymagane biuro, najlepiej w Maryland w USA

Dziękujemy za uwagę!