February 12th, 2011

Перевод http://www.ks.uiuc.edu/Research/CG/

Исходный текст:

One of the main unresolved problems in biological science is the time-scale and length-scale gap between computational and experimental methods of studying biological systems. Chemical and mechanical processes on an atomic level form the basis of all phenomena in living systems. The experimental non-invasive observation of such dynamic processes would be greatly beneficial for understanding how life works; however, usually experimental techniques do not achieve a resolution better than ms-&mus in time. On the other hand, there exist theoretical and computational methods, in particular molecular modeling, that enable the description of biological systems with all-atom detail. However up to now these approaches have been practically limited to simulation times and system sizes less than 100 ns and 10 nm, respectively. A possible way to extend molecular modeling and bridge it with experimental techniques is to use coarse-graining: to represent a system by a reduced (in comparison with an all-atom description) number of degrees of freedom. Due to the reduction in the degrees of freedom and elimination of fine interaction details, the simulation of a coarse-grained (CG) system requires less resources and goes faster than that for the same system in all-atom representation. As a result, an increase of orders of magnitude in the simulated time and length scales can be achieved.
We have developed two CG approaches to address various scales in biomolecular simulations: the residue-based CG and the shape-based CG.

Перевод:

Грубозернистость


Одной из главных нерешённых проблем в биологических науках являются разрывы временных и размерных масштабов между расчётными и экспериментальными методами изучения биологических систем. Химические и механические процессы на атомном уровне - основа всех явлений в биологических системах. Экспериментальные неинвазивные наблюдения таких динамических процессов может быть очень полезно для понимания как работает жизнь; Однако, обычно экспериментальные методики не достигают временного разрешения, большего чем мс или мкс. В других руках, где существуют теоретические и расчётные методы, особенно молекулярное моделирование, это даёт описание биологической системы с поатомной точностью. Однако, до сих пор эти подходы практически ограничивались временем симуляции меньше 100нс и размером системы меньше 10нм соответственно. Возможный путь расширения молекулярного моделирования и связывания его с экспериментальными методиками - есть грубозернистость: представление системы с пониженным (в сравнении с поатомным описанием) числом степеней свободы. В связи с сокращением степеней свободы и удалении мелких деталей взаимодействия, грубозернистая симуляция требует меньших ресурсов и работает более быстро на той-же системе, что и полноатомное представление. Как результат - достигается расширение порядка величины в масштабах размера и времени симуляции.

Мы разработали два ГЗ подхода к решению биомолекулярных симуляций переменного масштаба: остатко-основнная ГЗ и формо-основнная ГЗ.