С 8 по 11 сентября 2004 года в Доме Международных... ое Международное совещание «Молекулярное моделирование в науках о веществе

С 8 по 11 сентября 2004 года в Доме Международных Совещаний ОИЯИ прошло
1-ое Международное совещание «Молекулярное моделирование в науках о веществе
и биологии». По сути это совещание - одно из первых узконаправленных совещаний в
России, посвященное компьютерному молекулярно-динамическому моделированию в
физико-химических и биофизических задачах. Совещание было организованно
Отделением Радиационных и Радиобиологических Исследований ОИЯИ, который
втечение более 30 лет проводит научно-исследовательские работы, изучая различные
аспекты радиационно-генетических процессов, происходящих в живых клетках. На
совещании собрались специалисты из различных областей знаний – компьютерного
моделирования, биофизики и физической химии, физики наноструктур и т. п., из
ведущих научных центров Японии, США, Европы, российских академических
институтов и университетов, ОИЯИ. Доклады, представленные на совещании,
охватывали широкую тематику: моделирование ДНК и белков, нанокластеры,
мембраны, квантовая биофизика, молекулярное моделирование физических и
химических систем, параллельные вычисления в биомолекулярном моделировании.
Несмотря на большое разнообразие и широкий спектр проблем, совещание имело
четкую границу - все обсуждаемые вопросы были перенесены в плоскость
молекулярного моделирования и высокопроизводительных компьютерных вычислений.
Следует отметить, что начиная с середины 1990-х годов молекулярное
моделирование приобрело исключительное значение в биофизических и
нанотехнологических исследованиях, как один из самых мощных подходов и методов
компьютерного
анализа.
Точность,
эффективность,
прямое
сравнение
с
экспериментом плюс возрастаящая с каждым годом вычислительная мощность
сделали методы молекулярного моделирования незаменимым инструментом в науке и
технологии. Ключ для выяснения природы большинства макроскопических
природных явлений лежит именно в знании закономерностей процессов,
происходящих на атомно-молекулярном уровне. Применение методов
молекулярного моделирования достигло той точки, с которой оно способно обеспечить
реальный взгляд на процессы и механизмы, протекающие в физических, химических и,
в особенности, биологических системах (ДНК, белки и подобные структуры).
В
указанном направлении наибольшего развития и успехов добились вычислительные
группы из Японии и США. Это было основным аргументом, на основание которого
Дирекцией ОИЯИ принималось решение о создании нового сектора «Компьютерного
Молекулярного Моделирования» на базе Отделения Радиобиологических и
Радиационных Исследований. Новый сектор, возглавленный проф. Х. Т.
Холмуродовым, быстро начал функционирование и организовал первое в России
международное
совещание,
посвященное
молекулярно-динамическому
моделированию для биофизических и нанотехнологических исследований.
Участники совещания, ведущие специалисты по биологии и физики из РИКЕН
(Институт Физических и Химических Исследований), унивеситетах Тохоку и Кейо
(Япония), Отделении биоинженерии и биоинформатики (МГУ), биологических научных
центрах российской Академии наук (Пущино и Карелия), ОИЯИ и т. д. обменялись
мнениями и наметили дальнейшие планы сотрудничества, подвели итоги работы этого
форума для будущих совместных проектов. Участники совещания также побывали в
ОИЯИ, познакомились с исследованиями, проводимыми на базовых установках
Института, с радиобиологическими и бифизическими экспериментами ОРРИ ОИЯИ.
Участники высказали свои мнения во время выступлений, а также и на круглом
столе, завершившем работу совещания (Проф. Ф. Пичиерри, Университет Тохоку,
Япония; Проф. К. В. Шайтан, МГУ; Др. Т. Иитака, РИКЕН, Япония).
Ф. Пичиерри: Это совещание предоставило возможность увидеть результаты
работы ученых, занимающихся исследованиями в различных областях, решающих
научные проблемы с помощью методов молекулярного моделирования. Методы
молекулярной динамики, компьютерное моделирование, является методом,
дополняющим экспериментальные исследования. Это дополнение довольно
эффективно, оно позволяет ответить на различные вопросы. Кроме описания
экспериментальных данных молекулярная динамика дает хорошую возможность
предсказывать результаты некоторых выполняемых экспериментов, а также и тех
экспериментов, которые просто невозможно выполнить.
К. Шайтан: Само молекулярное моделирование сейчас довольно важно для
развития новых молекулярных технологий в широком смысле слова. Молекулярное
моделирование применяется на стыке фармокологии, нанотехнологии, отраслей
создания новых материалов. Этот стык наук, возникший всего 10-15 лет назад, сегодня
очень интенсивно развивается. Молекулярное моделирование в России имеет
хорошие перспективы для развития, поскольку это не только фундаментальная наука,
но и своеобразный мостик, который может быть перекинут от фундаментальных
знаний о строительстве вещества к созданию новых материалов, устройств, что уже
относится к сфере инновационных процессов. Молекулярная динамика, которой
посвящено это совещание, фактически является инструментом, позволяющим
перевести наши фундаментальные знания о молекулах в плоскость молекулярной
инженерии и биоинженерии, то есть в плоскость молекулярных конструкций,
инструментом, позволяющим проигрывать сценарии работы с большими
биологическими группами, и другое. Нынешнее совещание, состоявшееся при
активном участии японских коллег, говорит о том, что сюда интересно ехать обсуждать
различные проблемы.
Т. Иитака: Существуют два подхода при моделировании многих объектов и, в
частности, биологических. Первый – квантово-химические вычисления. Этот подход
более точный, но ограниченный – с его помощью невозможно моделировать большие
объекты типа белков, это требует больших технических ресурсов. Второй подход –
стандартный, классический. И здесь молекулярная динамика позволяет моделировать
большие системы, но для этого требуется некоторое потенциалное поле,
межмолекулярные силы, которых как раз может дать первый подход. Таким образом,
эти подходы дополняют друг друга. Применение молекулярной динамики для
исследования белков – многообещающее направление. А ведь еще лет пять назад оно
было невозможно.
По общему мнению участников, настоящим совещанием дан очень хороший
импульс научному сотрудничеству, что позволяет надеяться на более тесные контакты
и обмен информаций в будущем, причем не только на основе алгоритмических или
вычислительных подходов молекулярного моделирования, но также и на базе
высокопроизводительных компьютеров, разрабатываемых сейчас в РИКЕН.
Отметим, что в начале этого года РИКЕНом были предоставлены два мощных
суперкомпьютера MDGRAPE-2 производительностью 12,5 TFLOPS, с целью создания
и поддержки вычислительной базы Центра Молекулярного Моделирования ОРРИ
ОИЯИ. Эти специализированные компьютеры предназначенны для вычисления
структурных конформаций белковых молекул и позволяют проводить исследования
больших молекулярных структур.