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

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

International audienc

Détermination de la structure de protéines à l'aide de données faiblement résolues

The knowledge of the tridimensional structure of biological macromolecules is essential to fully comprehend their role and to design new pharmaceutical molecules. Commonly used methods offer a broad spectrum of techniques which uses data that are specific to the studied protein and generic through the use of databases. The work of this thesis present various mixed techniques which uses a limited set of specific data combined with the use of databases. In particular, we tried to generate models of a bi- domain protein using low-resolution data. This has been done using small angle X-ray Scattering (SAXS) and models of the individual domains obtained by homology modeling. Models of the C-terminal domain of protein P from PPRV were determined using Rosetta and sparse NMR experimental data (NOE). Eventually, we discuss the use of ring current effects to drive protein-nucleic acids docking.La connaissance des structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques est indispensable pour mieux comprendre leur rôle et pour la conception de nouvelles molécules thérapeutiques. Les techniques utilisées actuellement offrent une grande variété d'approches qui utilisent à la fois des informations spécifiques à la protéine étudiée et des informations génériques communes { l'ensemble des protéines. Il est possible de classer ces méthodes en fonction de la quantité d'information utilisée dans chacune de ces deux catégories avec d'un côté des méthodes utilisant le plus possible de données spécifiques { la protéine étudiée et de l'autre les méthodes utilisant le plus possibles de données génériques présentes dans les bases de données. Le travail présenté dans cette thèse aborde deux utilisations de techniques mixtes, présentant une autre combinaison entre données spécifiques et données génériques. En particulier nous avons cherché à obtenir la structure de protéines composée d'un ou deux domaines en ne disposant que d'un nombre restreint de données spécifiques. Pour déterminer la structure d'une protéine de grande taille composée de deux domaines { l'aide de données de diffusion des rayons X et de modèles obtenus par de la modélisation par homologie, nous avons adapté puis optimisé un programme récemment développé au laboratoire. Nous avons ensuite modélisé la structure d'un domaine d'une protéine de virus en incorporant un faible nombre de contraintes issues des données obtenues par RMN dans une méthode de prédiction de structure " ab initio ". Enfin, nous avons étudié l'intérêt d'intégrer les courants de cycle, une composante du déplacement chimique, dans un programme d'arrimage moléculaire pour la résolution de complexes protéine-ADN

Détermination de la structure de protéines à l aide de données faiblement résolues

La connaissance des structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques est indispensable pour mieux comprendre leur rôle et pour la conception de nouvelles molécules thérapeutiques. Les techniques utilisées actuellement offrent une grande variété d approches qui utilisent à la fois des informations spécifiques à la protéine étudiée et des informations génériques communes à l ensemble des protéines. Il est possible de classer ces méthodes en fonction de la quantité d information utilisée dans chacune de ces deux catégories avec d un côté des méthodes utilisant le plus possible de données spécifiques à la protéine étudiée et de l autre les méthodes utilisant le plus possibles de données génériques présentes dans les bases de données.Le travail présenté dans cette thèse aborde deux utilisations de techniques mixtes, présentant une autre combinaison entre données spécifiques et données génériques. En particulier nous avons cherché à obtenir la structure de protéines composée d un ou deux domaines en ne disposant que d un nombre restreint de données spécifiques. Pour déterminer la structure d une protéine de grande taille composée de deux domaines à l aide de données de diffusion des rayons X et de modèles obtenus par de la modélisation par homologie, nous avons adapté puis optimisé un programme récemment développé au laboratoire. Nous avons ensuite modélisé la structure d un domaine d une protéine de virus en incorporant un faible nombre de contraintes issues des données obtenues par RMN dans une méthode de prédiction de structure ab initio . Enfin, nous avons étudié l intérêt d intégrer les courants de cycle, une composante du déplacement chimique, dans un programme d arrimage moléculaire pour la résolution de complexes protéine-ADN.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

FvNano: A Virtual Laboratory to Manipulate Molecular Systems

International audienceno abstrac

Interactive Molecular Dynamics: Scaling up to Large Systems

International audienceCombining molecular dynamics simulations with user interaction would have various applications in both education and research. By enabling interactivity the scientist will be able to visualize the experiment in real time and drive the simulation to a desired state more easily. However, interacting with systems of interesting size requires significant computing resources due to the complexity of the simulation. In this paper, we propose an approach to combine a classical parallel molecular dynamics simulator, Gromacs, to a 3D virtual reality environment allowing to steer the simulation through external user forces applied with an haptic device to a selection of atoms. We specifically focused on minimizing the intrusion in the simulator code, on efficient parallel data extraction and filtering to transfer only the necessary data to the visualization environment, and on a controlled asynchronism between various components to improve interactivity. We managed to steer molecular systems of 1.7M atoms at about 25 Hz using 384 CPU cores. This framework allowed us to study a concrete scientific problem by testing one hypothesis of the transport of an iron complex from the exterior of the bacteria to the periplasmic space through the FepA membrane protein

Interactive Molecular Dynamics: Scaling up to Large Systems

International audienceCombining molecular dynamics simulations with user interaction would have various applications in both education and research. By enabling interactivity the scientist will be able to visualize the experiment in real time and drive the simulation to a desired state more easily. However, interacting with systems of interesting size requires significant computing resources due to the complexity of the simulation. In this paper, we propose an approach to combine a classical parallel molecular dynamics simulator, Gromacs, to a 3D virtual reality environment allowing to steer the simulation through external user forces applied with an haptic device to a selection of atoms. We specifically focused on minimizing the intrusion in the simulator code, on efficient parallel data extraction and filtering to transfer only the necessary data to the visualization environment, and on a controlled asynchronism between various components to improve interactivity. We managed to steer molecular systems of 1.7M atoms at about 25 Hz using 384 CPU cores. This framework allowed us to study a concrete scientific problem by testing one hypothesis of the transport of an iron complex from the exterior of the bacteria to the periplasmic space through the FepA membrane protein

Interactive Molecular Dynamics: Scaling up to Large Systems

Combining molecular dynamics simulations with user interaction would have various applications in both education and research. By enabling interactivity the scientist will be able to visualize the experiment in real time and drive the simulation to a desired state more easily. However, interacting with systems of interesting size requires significant computing resources due to the complexity of the simulation. In this paper, we propose an approach to combine a classical parallel molecular dynamics simulator, Gromacs, to a 3D virtual reality environment allowing to steer the simulation through external user forces applied with an haptic device to a selection of atoms. We specifically focused on minimizing the intrusion in the simulator code, on efficient parallel data extraction and filtering to transfer only the necessary data to the visualization environment, and on a controlled asynchronism between various components to improve interactivity. We managed to steer molecular systems of 1.7 M atoms at about 25 Hz using 384 CPU cores. This framework allowed us to study a concrete scientific problem by testing one hypothesis of the transport of an iron complex from the exterior of the bacteria to the periplasmic space through the FepA membrane protein

Proceedings of the signature series symposium “cellular therapies for orthopaedics and musculoskeletal disease proven and unproven therapies—promise, facts and fantasy,” international society for cellular therapies, montreal, canada, may 2, 2018

International audienceThe Signature Series Symposium "Cellular Therapies for Orthopaedics and Musculoskeletal Disease Proven and Unproven Therapies-Promise, Facts and Fantasy" was held as a pre-meeting of the 26th International Society for Cellular Therapy (ISCT) annual congress in Montreal, Canada, May 2, 2018. This was the first ISCT program that was entirely dedicated to the advancement of cell-based therapies for musculoskeletal diseases. Cellular therapies in musculoskeletal medicine are a source of great promise and opportunity. They are also the source of public controversy, confusion and misinformation. Patients, clinicians, scientists, industry and government share a commitment to clear communication and responsible development of the field. Therefore, this symposium convened thought leaders from around the world in a forum designed to catalyze communication and collaboration to bring the greatest possible innovation and value to patients with musculoskeletal conditions