Цель работы
Развитие новых математических методов и алгоритмов для многомасштабных моделей в области материаловедения и молекулярной биологии мембран с опорой на атомистические методы, реализация этих методов с применением передовых суперкомпьютерных технологий и их использование в каждом из разделов. Анализ эффективности суперкомпьютерных технологий и алгоритмов.
Используемые методы
Методы классической молекулярной динамики и статистической физики; методы Эйнштейна-Смолуховского и Грина-Кубо для расчётов коэффициентов диффузии и вязкости; для биологических систем: моделирование по гомологии, молекулярная динамика с оптимизированными для белков и мембран параметрами, предсказание структуры белков de novo на основании метода молекулярного гидрофобного потенциала.
Эмпирическая база исследования
Для расчетов используются программные продукты с открытым кодом (LAMMPS, Gromacs, VASP и др.) и высокопроизводительная вычислительная техника, в том числе с графическими ускорителями последнего поколения.
Результаты работы
С помощью метода молекулярной динамики и расчётов по формуле Грина-Кубо получены зависимости плотности и сдвиговой вязкости 2,2,4-триметилгексана от давления в диапазоне 1-10 тысяч бар. Результаты были представлены в рамках участия в 10 конкурсе по моделированию свойств промышленных жидкостей. Полученная модел может быть рекомендована для достоверных расчетов вязкости углеводородов при давлениях до 5-6 тыс. атмосфер.
Описаны молекулярные аспекты белок-белкового распознавания и белок-липидных взаимодействий для ряда важнейших клеточных рецепторов: семейства ErbB, гликофорина А, нейраминидазы-1 и модельных пептидов. Показано, что свойства мембраны могут в значительной степени влиять на поведение белков, в частности, модулировать стабильность активных и неактивных состояний рецепторов. Это даёт основу для создания в будущем мембраноактивных соединений с заданными функциями.
Предложена конфигурация «ловушки» - прототипа перспективных антимикробных соединений, действующих на «ахиллесову пяту» бактериальных клеток — молекулу липида-II, показана ключевая роль водородных связей в формировании стабильной конфигурации «ловушки» с пирофосфатом.
Исследована работа современных программных кодов молекулярной динамики с использованием графических ускорителей и предложены возможные пути дальнейшей оптимизации. Оценена эффективность расчётов на российских процессорах Эльбрус-9С, на тестовых задачах продемонстрирована возможность достижения высокой производительности.
Степень внедрения, рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР
Данные о вычислительной производительности и энергоэффективности программного кода на разных архитектурах процессоров предлагается использовать при проектировании суперкомпьютерных систем для НИУ ВШЭ.
