High-performance weighted ensemble software for simulation of complex bio-events
用于模拟复杂生物事件的高性能加权集成软件
基本信息
- 批准号:10448253
- 负责人:
- 金额:$ 28.36万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2015
- 资助国家:美国
- 起止时间:2015-08-01 至 2023-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Algorithmic SoftwareAlgorithmsAmberArchitectureBinding ProteinsBiologicalBiological ProcessBiomedical ComputingBiomedical ResearchBudgetsCapsidCell modelCellsCloud ComputingCommunicationComplexComputer softwareComputersData AnalysesData Storage and RetrievalDevelopmentDrug DesignEducational workshopEffectivenessEnvironmentEquilibriumEventFundingFutureHeterogeneityInvestigationKineticsMalignant NeoplasmsManualsMapsModelingMolecularMultiprotein ComplexesPathologicPathway interactionsPerformancePharmaceutical PreparationsPhenotypePhosphorylationPhysiologicalProcessProteinsResearchResearch PersonnelRunningSamplingSeriesSignal TransductionSiliconStatistical ComputingSystemTimeTrainingUncertaintyViralVirusbasecell behaviorcombinatorialconformational conversioncostdesigngene networkimprovedinnovationinsightinteroperabilityknowledge basemolecular dynamicsmolecular scaleopen sourceparallelizationparticleprotein complexprotein foldingresidencesimulationsimulation softwaresingle-cell RNA sequencingtoolusability
项目摘要
High-performance weighted ensemble software for simulation of complex bio-events (Renewal)
There is a “silicon ceiling” that ultimately limits many, if not most, types of dynamical biological
simulations. That is, even the world’s most powerful computers cannot generate sufficiently long
simulations, whether for atomistic models of proteins or for realistic models of cell behavior. In many
cases, the key events may occur beyond simulation timescales – such as protein folding,
conformational transitions of proteins, assembly of protein complexes, or transitions of cell behavior
from healthy to pathological states. The WESTPA software package is a powerful “meta tool” which can
make possible computations which otherwise would be impossible within a given computing budget -
while letting researchers continue to use simulation engines and models of their choice. WESTPA
controls existing dynamics engines by orchestrating up to thousands of trajectories run natively by
those packages at any scale (e.g., Gromacs, Amber, BioNetGen, MCell) using a “weighted ensemble”
strategy. Not only does WESTPA automatically parallelize the use of dynamics engines – but because
of the statistical process by which trajectories are added and removed, WESTPA can obtain estimates
of key kinetic and equilibrium observables in significantly less computing time than would be required in
ordinary parallelization. The aims of the proposal are (i) to optimize WESTPA for cloud-computing,
improving its ease of use, and developing highly scalable data storage analysis; (ii) to expand
WESTPA’s base-computing power via algorithmic improvements; and (iii) to demonstrate the
effectiveness of WESTPA through a series of “showcase” examples from molecular to cellular scale
using a variety of dynamics engines. Completion of the aims will enable the investigators, their
experimental and computational collaborators, and users throughout the world to make a wide range of
contributions to the burgeoning field of biological simulation at multiple scales.
高性能加权合奏软件,用于模拟复杂的生物事件(续订)
有一个“硅天花板”最终限制了许多(即使不是大多数)动态生物学类型的类型
模拟。也就是说,即使是世界上最强大的计算机也无法产生足够长的时间
模拟,无论是用于蛋白质的原子模型还是用于现实的细胞行为模型。许多人
情况,关键事件可能会发生在模拟时间尺度之外 - 例如蛋白质折叠,
蛋白质的构象转变,蛋白质复合物的组装或细胞行为的转变
从健康到病理状态。 Westpa软件包是一个强大的“元工具”,可以
做出可能在给定的计算预算中不可能的计算 -
同时让研究人员继续使用模拟引擎及其选择的模型。韦斯特帕
控制现有的动态引擎,通过编排多达数千个轨迹本地运行
这些包装在任何规模上(例如Gromacs,Amber,Bionetgen,McEll)都使用“加权合奏”
战略。 Westpa不仅会自动使使用动态引擎的使用并行,还因为
在添加和删除轨迹的统计过程中,Westpa可以获得估计值
在计算时间中,关键动力学和平等brium可观察到的计算时间明显少于
普通的征服。该提案的目的是(i)优化Westpa进行云计算,
提高其易用性,并开发高度可扩展的数据存储分析; (ii)扩展
Westpa通过算法改进的基础计算能力; (iii)证明
WESTPA通过一系列“展示”示例从分子到细胞量表的有效性
使用各种动力引擎。目标的完成将使调查人员及其
实验和计算合作者以及全球用户
在多个尺度上对生物模拟的残骸领域的贡献。
项目成果
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