적응샘플링

Adaptive sampling

적응 표본 추출은 단백질 접힘을 효율적으로 시뮬레이션하기 위해 계산 분자 생물학에서 사용되는 기법이다.

배경

단백질은 접히는 시간의 거의 96%를[1] 다양한 열역학적 자유 에너지 미니마에서 소비한다. 따라서 이 프로세스를 직접 시뮬레이션하면 상태 간 전환, 즉 과학적으로 더 큰 관심을 보이는 단백질이 접히는 측면이 거의 발생하지 않는 상태에서 이 상태에 많은 연산이 소요될 것이다.[2] 적응성 샘플링은 이 특성을 이용하여 이들 상태 사이의 단백질의 위상 공간을 시뮬레이션한다. 적응형 샘플링을 사용하면 이전에는 수십 년이 걸렸을 분자 시뮬레이션을 몇 주 만에 수행할 수 있다.[3]

이론

단백질이 전이 가능한 상태 A -> B -> C를 통해 접히는 경우, 연구자들은 A -> B 전환과 B -> C 전환을 시뮬레이션하여 A와 C 사이의 전환 시간의 길이를 계산할 수 있다. 단백질은 A -> B -> C 경로와 부분적으로 겹칠 수 있는 대체 경로를 통해 접힐 수 있다. 이러한 방식으로 문제를 분해하는 것은 각 단계를 병렬로 시뮬레이션할 수 있기 때문에 효율적이다.[3]

적용들

적응형 샘플링은 폴딩@home 분산 컴퓨팅 프로젝트에서 마르코프 상태 모델과 조합하여 사용한다.[2][3]

단점들

적응 표본 추출은 짧은 시뮬레이션에 유용하지만, 긴 궤적은 특정 유형의 생화학적 문제에 더 도움이 될 수 있다.[4][5]

참고 항목

참조

  1. ^ Robert B Best (2012). "Atomistic molecular simulations of protein folding". Current Opinion in Structural Biology (review). 22 (1): 52–61. doi:10.1016/j.sbi.2011.12.001. PMID 22257762.
  2. ^ a b TJ Lane; Gregory Bowman; Robert McGibbon; Christian Schwantes; Vijay Pande; Bruce Borden (September 10, 2012). "Folding@home Simulation FAQ". Folding@home. Stanford University. Archived from the original on 2012-09-21. Retrieved September 10, 2012.
  3. ^ a b c G. Bowman; V. Volez; V. S. Pande (2011). "Taming the complexity of protein folding". Current Opinion in Structural Biology. 21 (1): 4–11. doi:10.1016/j.sbi.2010.10.006. PMC 3042729. PMID 21081274.
  4. ^ David E. Shaw; Martin M. Deneroff; Ron O. Dror; Jeffrey S. Kuskin; Richard H. Larson; John K. Salmon; Cliff Young; Brannon Batson; Kevin J. Bowers; Jack C. Chao; Michael P. Eastwood; Joseph Gagliardo; J. P. Grossman; C. Richard Ho; Douglas J. Ierardi, Ist (2008). "Anton, A Special-Purpose Machine for Molecular Dynamics Simulation". Communications of the ACM. 51 (7): 91–97. doi:10.1145/1364782.1364802.
  5. ^ Ron O. Dror; Robert M. Dirks; J.P. Grossman; Huafeng Xu; David E. Shaw (2012). "Biomolecular Simulation: A Computational Microscope for Molecular Biology". Annual Review of Biophysics. 41: 429–52. doi:10.1146/annurev-biophys-042910-155245. PMID 22577825.