Využití výpočetní geometrie pro modelování a vizualizaci proteinů

Written by Martin Maňák

Seminar in Czech
January 12, 2017 at 10:00
University of West Bohemia, UN309

Abstrakt

Modelování a vizualizace modelů proteinů pomáhá expertům lépe porozumět funkci těchto biomolekul. Geometrický model je tvořen několika sférami reprezentujícími jednotlivé atomy. Zkoumání tohoto modelu pomocí sférické sondy, která se vyhýbá kolizím s atomy, může odhalit dutiny mezi atomy. Vyhodnocování takových dutin pak může ukázat místa biochemické aktivity. Koncepty dělení prostoru z oblasti výpočetní geometrie, zejména různé druhy Voronoi diagramů, jsou často používány k prostorové analýze těchto modelů. Tato disertační práce je zaměřena na aditivně vážené Voronoi diagramy a jejich aplikaci na modely proteinů, protože tyto diagramy poskytují kompletní informaci k navigaci nekolizní sondy mezi atomy proteinu. Je zde prezentována urychlovací technika pro rychlou konstrukci těchto diagramů. Tyto diagramy mohou být postiženy nespojitostmi, které nastávají, když jednodimenzionální kostra Voronoi hran je tvořena několika komponentami. Nově navržené rozšíření algoritmu konstrukce diagramu garantuje konstrukci všech komponent. Toto rozšíření zlepšuje důvěryhodnost konstrukčního algoritmu a dělá ho aplikovatelným na obecnější vstupní data. Dále je prezentrována praktická metoda pro interaktivní detekci a zobrazení dutin detekovaných jakoukoliv sondou. Tato metoda kombinuje aditivně vážený Voronoi diagram pro rychlou detekci dutin s GPU metodou vrhání paprsku pro rychlé stínování povrchu dutin vždy když je změněn poloměr sondy. Díky implementaci těchto metod v softwarovém nástroji CAVER Analyst jsou tyto metody dostupné celosvětové komunitě biochemiků.