Целью курса “Молекулярное моделирование и дизайн биомакромолекул” является обучение студентов моделированию молекулярных систем и их использованию для генерации предположений о механизмах функционирования этих систем на атомарном уровне, а также для создания новых белков с заданной функцией.
На занятиях курса будет дан обзор подходов для генерации с помощью компьютеров информации о динамике биомакромолекулярных систем и способов направить расчетный процесс с целью извлечения оценок конкретных кинетических и термодинамических параметров.
Первый блок курса посвящен классическим подходам молекулярного моделирования. Мы обсудим основы квантовой механики и молекулярной механики для описания поведения структур макромолекул в динамике. Будет рассмотрен метод молекулярной динамики, на семинарских занятиях студенты освоят подготовку системы белка в воде для проведения расчетов в пакете Gromacs.
Второй блок курса рассматривает продвинутое молекулярное моделирование. Помимо методов молекулярной динамики с улучшением сканирования фазовых пространств (обмен репликами, зонтичное сэмплирование, метадинамика и др.) будут обсуждаться техники гибридного моделирования (QM/MM) для изучения динамики процессов, затрагивающих образование и разрыв химических связей. Также студенты ознакомятся с применением методов вычислительной алхимии в молекулярном моделировании. Семинарские занятия будут посвящены ряду типовых задач молекулярного моделирования, применяющих комбинации из ранее изученных и приведенных в курсе методов.
В завершающем разделе курса будут рассматриваться методы дизайна белков. Помимо классических методов дизайна, затрагивающих инженерию стабильности белков с помощью единичных замен, будут обсуждаться современные методы, основанные на эволюции пакета Rosetta. В частности, будут затронуты способы дизайна хода остова белка, петель, инсерций и делеций при помощи RFDesign и ProteinMPNN. Отдельные лекции также посвящены работе со структурами ферментов и антител.
Будет сделан акцент на предиктивной способности молекулярного моделирования и вычислительного дизайна, дано обобщение существующих способов подбирать последовательности белков под заданную функцию и путей формализации задач биомакромолекулярного дизайна.
Преподаватели
- Валентина Маслова