Course Grain Manager : informe final

Abstract

El Grupo de Simulaciones Biomoleculares del Institut Pasteur de Montevideo tiene como principal objetivo la modelación a nivel atómico de sistemas biológicos relevantes. Una de las técnicas utilizadas para el estudio de estos sistemas son las simulaciones de dinámicas moleculares. Estas son técnicas que permiten predecir y simular la estructura y el comportamiento de una molécula en forma computacional, con el objetivo de determinar la energía total del sistema molecular. Algunas de las técnicas consideran el cálculo de la energía de la molécula únicamente en función de las posiciones de los núcleos a través del conjunto de ecuaciones conocidos como Campos de fuerza. En estos métodos se calcula el movimiento de los átomos mediante las ecuaciones según las leyes del movimiento de Newton en forma iterativa a lo largo del tiempo, obteniéndose un nuevo conjunto de coordenadas espaciales en un tiempo t + \0394t. Existen limitaciones en los tiempos de simulación debido a la cantidad de posiciones de átomos que deben ser calculadas en cada paso de tiempo. En general la duración que abarcan oscila entre los pocos nanosegundos llegando en algunos casos específicos hasta el microsegundo de simulación. Una forma de poder alcanzar mayores tiempos de simulación es transformar la molécula en su representación All-Atoms a la representación Coarse-Grain. Esta transformación es una condensación o reducción de la molécula en donde cada elemento representa a un conjunto de átomos, denominados Superátomo. Actualmente no existen aplicaciones informáticas en donde el usuario pueda definir en forma controlada modelos Coarse-Grain a partir de moléculas All-Atoms, para luego poder utilizarlos en simulaciones de dinámicas moleculares.

Este proyecto de grado propone la construcción de una aplicación en la cual a partir de ciertos archivos que representan a la molécula, el usuario pueda editar y visualizar propiedades de la misma a través de una interfaz gráfica de usuario y definir modelos Coarse-Grain a partir de un modelo All-Atoms. A su vez, se implementan dos algoritmos de transformación. Un algoritmo transforma la molécula All-Atoms a Coarse-Grain a partir de las definiciones realizadas por el usuario. A su vez, se encuentra el algoritmo inverso, el cual a partir de un modelo Coarse-Grain y de un archivo que contiene información de la condensación realizada sobre el modelo original, obtiene en forma aproximada la molécula original All-Atoms. Ambos algoritmos generan como salida un conjunto de archivos en cierto formato los cuales pueden utilizarse en otros programas de simulación de dinámicas moleculares y de visualización molecular.