Visualizing Biological Membrane Organization and Dynamics

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Une pédagogie différenciée pour favoriser l'intégration des apprentissages en mathématiques au collégial

Cet essai est orienté par la question générale suivante : un guide pédagogique, dédié aux enseignantes et aux enseignants des cours de Calcul différentiel et de Calcul I, ayant comme objectif l’intégration des apprentissages quant aux concepts mathématiques de niveau secondaire, facilite-t-il la mise en place de la pédagogie différenciée dans leurs cours? L’idée de cette question provient de deux observations. Les étudiantes et les étudiants des cours de Calcul différentiel (201-NYA-05) et de Calcul I (201-103-RE) semblent éprouver des difficultés en lien avec les connaissances préalables à ce cours qui sont, entre autres, des mathématiques de niveau secondaire. De surcroît, ces difficultés semblent être de l’ordre de l’intégration des apprentissages. Il s’était alors avéré nécessaire de proposer, dans le cadre des rencontres consacrées à la révision des concepts du secondaire, une méthode pédagogique qui pourrait favoriser une meilleure intégration des apprentissages, d’où l’idée de la pédagogie différenciée. Le cadre de référence a, par la suite, permis de présenter les concepts sur lesquels se base le guide pédagogique, à savoir l’intégration des apprentissages et la pédagogie différenciée. Il a également donné l’occasion de présenter le cadre théorique qui a servi à la conception du guide pédagogique. Deux objectifs spécifiques ont alors été formulés. Le premier objectif était ainsi de concevoir, pour les enseignantes et les enseignants des cours de Calcul différentiel et de Calcul I, un guide pédagogique intégrant le processus d’intégration des apprentissages dans un modèle de pédagogie différenciée. Le second était d’expérimenter la méthode pédagogique à l’aide du guide pédagogique dans un cours de Calcul différentiel ou dans un cours de Calcul I. L’approche méthodologique était une approche qualitative sous un paradigme épistémologique interprétatif de type recherche développement. La conception du guide et l’expérimentation de la méthode pédagogique à l’aide du guide ont nécessité de faire appel à deux échantillons provenant d’une même population, à savoir l’ensemble des enseignantes et des enseignants de mathématiques des cours de Calcul différentiel et de Calcul I. Pour la collecte de données, des entrevues semi-dirigées ont été menées auprès de ces deux échantillons. Un journal de bord du chercheur a également été tenu. Les données obtenues ont été analysées en suivant les différentes étapes énoncées par Fortin et Gagnon (2016) pour analyser des données qualitatives, à savoir « 1) l’organisation des données; 2) la révision des données et l’immersion du chercheur; 3) le codage des données; 4) l’élaboration de catégories et l’émergence de thèmes; 5) la recherche de modèles de référence; et 6) l’interprétation des résultats et les conclusions » (p. 359). Les choix méthodologiques pour la conception du guide pédagogique ont également été présentés et justifiés. Les résultats ont finalement démontré que le guide pédagogique a le potentiel de permettre une prise de contact avec la pédagogie différenciée dans un modèle d’intégration des apprentissages sans nécessairement en permettre une application approfondie. En effet, certaines améliorations doivent être apportées afin de garantir un tel objectif. De plus, les résultats laissaient croire que la présentation des outils proposés dans la méthode du guide pédagogique augmentait la motivation des participantes et des participants à s’en servir, sous certaines conditions, ultérieurement dans d’autres situations

How Cations Can Assist DNase I in DNA Binding and Hydrolysis

DNase I requires Ca2+ and Mg2+ for hydrolyzing double-stranded DNA. However, the number and the location of DNase I ion-binding sites remain unclear, as well as the role of these counter-ions. Using molecular dynamics simulations, we show that bovine pancreatic (bp) DNase I contains four ion-binding pockets. Two of them strongly bind Ca2+ while the other two sites coordinate Mg2+. These theoretical results are strongly supported by revisiting crystallographic structures that contain bpDNase I. One Ca2+ stabilizes the functional DNase I structure. The presence of Mg2+ in close vicinity to the catalytic pocket of bpDNase I reinforces the idea of a cation-assisted hydrolytic mechanism. Importantly, Poisson-Boltzmann-type electrostatic potential calculations demonstrate that the divalent cations collectively control the electrostatic fit between bpDNase I and DNA. These results improve our understanding of the essential role of cations in the biological function of bpDNase I. The high degree of conservation of the amino acids involved in the identified cation-binding sites across DNase I and DNase I-like proteins from various species suggests that our findings generally apply to all DNase I-DNA interactions

Lessons learned from urgent computing in Europe: Tackling the COVID-19 pandemic

PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe), an international not-for-profit association that brings together the five largest European supercomputing centers and involves 26 European countries, has allocated more than half a billion core hours to computer simulations to fight the COVID-19 pandemic. Alongside experiments, these simulations are a pillar of research to assess the risks of different scenarios and investigate mitigation strategies. While the world deals with the subsequent waves of the pandemic, we present a reflection on the use of urgent supercomputing for global societal challenges and crisis management.Peer Reviewed"Article signat per 18 autors/es: Núria López, Luigi Del Debbio, Marc Baaden, Matej Praprotnik, Laura Grigori, Catarina Simões, Serge Bogaerts, Florian Berberich, Thomas Lippert, Janne Ignatius, Philippe Lavocat, Oriol Pineda, Maria Grazia Giuffreda, Sergi Girona, Dieter Kranzlmüller, Michael M. Resch, Gabriella Scipione, and Thomas Schulthess"Postprint (author's final draft

ExaViz: a Flexible Framework to Analyse, Steer and Interact with Molecular Dynamics Simulations

International audienceThe amount of data generated by molecular dynamics simulations of large molecular assemblies and the sheer size and complexity of the systems studied call for new ways to analyse, steer and interact with such calculations. Traditionally, the analysis is performed off-line once the huge amount of simulation results have been saved to disks, thereby stressing the supercomputer I/O systems, and making it increasingly difficult to handle post-processing and analysis from the scientist's office. The ExaViz framework is an alternative approach developed to couple the simulation with analysis tools to process the data as close as possible to their source of creation, saving a reduced, more manageable and pre-processed data set to disk. ExaViz supports a large variety of analysis and steering scenarios. Our framework can be used for live sessions (simulations short enough to be fully followed by the user) as well as batch sessions (long time batch executions). During interactive sessions, at run time, the user can display plots from analysis, visualise the molecular system and steer the simulation with a haptic device. We also emphasise how a Cave-like immersive environment could be used to leverage such simulations, offering a large display surface to view and intuitively navigate the molecular system

From complex data to clear insights: visualizing molecular dynamics trajectories

Advances in simulations, combined with technological developments in high-performance computing, have made it possible to produce a physically accurate dynamic representation of complex biological systems involving millions to billions of atoms over increasingly long simulation times. The analysis of these computed simulations is crucial, involving the interpretation of structural and dynamic data to gain insights into the underlying biological processes. However, this analysis becomes increasingly challenging due to the complexity of the generated systems with a large number of individual runs, ranging from hundreds to thousands of trajectories. This massive increase in raw simulation data creates additional processing and visualization challenges. Effective visualization techniques play a vital role in facilitating the analysis and interpretation of molecular dynamics simulations. In this paper, we focus mainly on the techniques and tools that can be used for visualization of molecular dynamics simulations, among which we highlight the few approaches used specifically for this purpose, discussing their advantages and limitations, and addressing the future challenges of molecular dynamics visualization

Advances in Human-Protein Interaction - Interactive and Immersive Molecular Simulations

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10 simple rules to create a serious game, illustrated with examples from structural biology

Serious scientific games are games whose purpose is not only fun. In the field of science, the serious goals include crucial activities for scientists: outreach, teaching and research. The number of serious games is increasing rapidly, in particular citizen science games, games that allow people to produce and/or analyze scientific data. Interestingly, it is possible to build a set of rules providing a guideline to create or improve serious games. We present arguments gathered from our own experience ( Phylo , DocMolecules , HiRE-RNA contest and Pangu) as well as examples from the growing literature on scientific serious games

Modeling the early stage of DNA sequence recognition within RecA nucleoprotein filaments

Homologous recombination is a fundamental process enabling the repair of double-strand breaks with a high degree of fidelity. In prokaryotes, it is carried out by RecA nucleofilaments formed on single-stranded DNA (ssDNA). These filaments incorporate genomic sequences that are homologous to the ssDNA and exchange the homologous strands. Due to the highly dynamic character of this process and its rapid propagation along the filament, the sequence recognition and strand exchange mechanism remains unknown at the structural level. The recently published structure of the RecA/DNA filament active for recombination (Chen et al., Mechanism of homologous recombination from the RecA-ssDNA/dsDNA structure, Nature 2008, 453, 489) provides a starting point for new exploration of the system. Here, we investigate the possible geometries of association of the early encounter complex between RecA/ssDNA filament and double-stranded DNA (dsDNA). Due to the huge size of the system and its dense packing, we use a reduced representation for protein and DNA together with state-of-the-art molecular modeling methods, including systematic docking and virtual reality simulations. The results indicate that it is possible for the double-stranded DNA to access the RecA-bound ssDNA while initially retaining its Watson–Crick pairing. They emphasize the importance of RecA L2 loop mobility for both recognition and strand exchange