Andrey Voronkov* and John Shultz *av@drugdiscoveryathome.com 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. Ochotnicy Projects Lokalna sieć – VCSC Internetowe – ochotnicze Przetwarzanie Serwer BOINC Pomaga nauce Angażuje zwykłych ludzi w naukę http://boinc.berkeley.edu/trac/wiki/BoincPapers

DRUGDISCOVERY@HOME PROJECT WORKFLOW

Metody projektu: Zakres badań: 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 białko-ligand 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 10-40MB  Rezultaty kompresowane w formacie 7zip 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 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 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 ~1 000 000 elementów ekranowanych przez model dokowania sztywnego białka z użyciem Autodock 4.0 100 dni VCSC z 200 CPU ~ 1 000 000 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 aminokwasów kompleksów białek z małocząsteczkowym ligandem z konkretną wodą I solami podczas 2 dni 100 picosekund VCSC z 200 CPU 100 trajektorii na 100 ps dla jednego kompleksu lub 100 odmiennych kompleksów białko-ligand na jedną 100ps trajektorję Użycie GPU może zwiększyć zasoby obliczeniowe od 10 do 50 w stosunku do CPU

Tworzenie centrum Virtual Campus Supercomputing I. Stawianie serwera centrum Campus virtual supercomputing I.1 Ocena potencjalnych zasobów obliczeniowych i wymagań dla serwera I.2 Stawianie serwera BOINC II. Komunikacja z właścicielami komputerów i administratorami systemu 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) 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) ~8-10 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!