Статья с описанием исследования под названием «Расширяемый интерфейс для моделирования молекулярной динамики QM / MM с помощью AMBER», проведенного сотрудниками Лаборатории молекулярной динамики Уокера (WMD) в SDSC, была размещена на обложке журнала за 15 января. вычислительной химии.
Многомасштабные вычислительные методы QM / MM имеют решающее значение для продвижения понимания и решения проблем в химических науках, начиная от разработки лекарств до возобновляемых источников энергии. Это было отмечено присуждением Нобелевской премии по химии 2013 года за разработку многомасштабных моделей сложных химических систем.
На обложке журнала изображен ион кальция, координирующий свою роль с аспартатом, модель белков в водном растворе, которую авторы использовали для демонстрации возможностей программного обеспечения. Многомасштабные уравнения QM / MM, управляющие реализацией, видны на поверхности, которая простирается до горизонта.
В моделировании КМ / ММ точная, но сложная в вычислительном отношении и, следовательно, трудоемкая квантово-механическая модель используется для выявления важных особенностей электронной структуры химически релевантной области.
Это требуется, например, для описания фотофизических процессов или химических реакций в активном центре ферментов. Затем влияние окружающей среды включается в менее сложную в вычислительном отношении классическую модель ММ.
«Моделирование QM / MM требует очень больших вычислительных затрат по сравнению с чисто классическим моделированием MM», — сказал Росс С. Уокер, профессор-исследователь SDSC и адъюнкт-профессор кафедры химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Доступ к суперкомпьютерам SDSC Trestles и Gordon и их быстрое выполнение были важны для нашей работы.
Мы выполнили большое количество заданий по тестированию и проверке нашей реализации на разных этапах, а также крупномасштабное моделирование для демонстрации практического применения.»
«Наше программное обеспечение позволяет проводить QM / MM-моделирование с помощью множества передовых квантово-механических моделей, и, интегрируя его с популярным пакетом молекулярного моделирования AMBER, который используется сотнями академических и промышленных исследовательских лабораторий, мы можем охватить очень большую базу пользователей, «сказал ведущий автор Андреас В. Гетц, научный сотрудник SDSC и эксперт в области многомасштабного моделирования. «Мы с нетерпением ждем появления множества интересных приложений, которые помогут ученым в области вычислительной химии и биофизики понять и предсказать поведение молекулярных систем на фундаментальном уровне.»
Среди авторов нового исследования — Гетц и Уокер из SDSC, а также Мэтью А. Кларк, который разработал часть программного обеспечения во время стажировки с Уокером и Гетцем, в рамках программы SDSC «Опыт исследований для старшеклассников» (REHS), а затем в качестве стажера-исследователя в лаборатории ОМУ.