Лаборатория вычислительных методов в медицине и фармации (Сайт лаборатории — lcmmp.ru) основана на базе Пятигорского медико-фармацевтического института для осуществления фундаментальных и прикладных исследований в области медицины, фармации и прикладной химии. Применяемые в лаборатории вычислительные методы позволяют раскрывать механизмы биологических и химических явлений, обобщать и структурировать данные эксперимента, прогнозировать свойства и поведение исследуемых систем.
В лаборатории ведется разработка программы Биоэврика для моделирования молекулярной динамики с использованием высокопроизводительных вычислительных систем на основе массового параллелизма. Разрабатываемая программа в настоящее время применяется для прогнозирования биологической активности, моделирования процессов жидкостной экстракции, фазовых переходов (плавление, кипение, растворение), изучения поверхностных явлений (адсорбция, поверхностное натяжение) методом молекулярной динамики.
В лаборатории возможно выполнение научных исследований по заказу, оказание методической поддержки и обучение.
В программе Биоэврика реализован ряд оригинальных алгоритмов для моделирования и анализа молекулярной динамики:
— возможность гибкого термостатирования;
— разнообразные граничные условия сложной формы;
— автоматизированный выбор набора аминокислот, важных для ингибирования/активации по результатам молекулярной динамики «лиганд-рецептор»;
— автоматизированный виртуальный скрининг набора веществ на основе молекулярной динамики «лиганд-рецептор» с возможностью моделирования как всего белка так и только окрестностей активного центра;
— учет поляризации при переходе вещества между фазами — заряды атомов меняются в процессе моделирования молекулярной механикой;
— производительность на GPU сравнима с Gromacs, в некоторых тестах выше.
Существует возможность доработки нашего ПО под конкретные задачи в процессе выполнения научного исследования.
Основные направления научной работы лаборатории:
1. Прогнозирование биологической активности веществ
Молекулярная динамика «лиганд-рецептор»
Молекулярный докинг
Прогнозирование с использованием дескрипторов молекулярной структуры
Валидация методик прогнозирования биологической активности
2. Прогнозирование и экспериментальное подтверждение физических и физико-химических свойств веществ и поверхностных явлений
Термодинамические свойства (теплота образования, теплота сгорания, энтропия, теплоемкость и др.)
Параметры фазовых переходов (плавление, кипение, растворение)
Поверхностное натяжение и поверхностная активность, величина адсорбции
Валидация методик прогнозирования физико-химических свойств
3. Моделирование и экспериментальное изучение химических реакций
Определение термодинамических свойств химических реакций (тепловой эффект, возможность самопроизвольного протекания)
Определение кинетических свойств химических реакций (порядок, энергия активации, константа скорости)
Определение путей деструкции веществ при хранении
Валидация методик прогнозирования свойств химических реакций
4. Моделирование и экспериментальное изучение процесса жидкостной экстракции (метод молекулярной динамики)
Определение коэффициента распределения Нернста и степени экстракции
Определение степени ассоциации
Учет поляризации вещества растворителем
Подбор оптимального экстрагента и схемы экстракции.
Валидация методик прогнозирования параметров экстракции
5. Геоботаника
Сбор и привязка к картам геоботанической информации
6. Проведение циклов научных семинаров
«Компьютерное конструирование лекарств»
«Основы программирования на языке C++»
«Разработка прикладных компьютерных программ для вычислительной химии и биоинформатики»
7. Разработка учебных пособий
«Компьютерное конструирование лекарств»
«Разработка прикладных компьютерных программ для вычислительной химии и биоинформатики»
Другие темы, связанные с вычислительными методами в медицине, фармации, прикладной химии, физической и коллоидной химией.
8. Разработка программного обеспечения
Программное обеспечение для вычислительной химии
Программное обеспечение для качественного и количественного анализа
Программное обеспечение для геоботаники
Программное обеспечение для ресурсоведения
Программное обеспечение для биохимии
Программное обеспечение для анализа результатов микросъемки
Программное обеспечение для медико-биологической статистики
Программное обеспечение для классификации лекарственных растений, лекарственного растительного сырья, лекарственных препаратов и др. объектов медицины и фармации
Программное обеспечение для автоматизации анализа научных текстов
9. Разработка баз данных химической, биологической, геоботанической и других видов информации
10. Поиск веществ по структурным требованиям в базах данных поставщиков субстанций
