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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3875
Tipo: | Dissertação |
Título: | ProtCool 2.0: um modelo cliente/servidor para um gerador de protocolos de ancoragens e simulações de dinâmica molecular em complexos proteína-ligante |
Autor(es): | SOUZA, Moisés Pinheiro |
Primeiro Orientador: | SILVEIRA, Carlos Henrique da |
Resumo: | A pandemia de COVID-19 evidenciou a alta demanda por sistemas computacionais que acelerem a indicação de novos fármacos. Nesse sentido, compreender o comportamento dinâmico de complexos biomoleculares é algo fundamental. As técnicas que envolvem simulações de dinâmica molecular desses complexos vêm sendo crescentemente utilizadas como forma de agilizar a indicação de melhores candidatos à fármacos. No entanto, a preparação de tais simulações é de grande complexidade, e seus inúmeros detalhes nem sempre são suficientemente destacados, comprometendo sua reprodutibilidade e reusabilidade. Para tanto, foi proposta a ferramenta ProtCool – um gerador de protocolos, focado na integração entre ancoragem e dinâmica molecular de complexos proteína-ligantes. Em sua primeira versão, essa ferramenta era de uso restrito ao ambiente local do usuário. Este trabalho apresenta a versão 2.0 do ProtCool, desenvolvida sob um modelo cliente-servidor com interface WEB. O objetivo é preencher as lacunas deixadas pela versão anterior, aprimorando o software em três aspectos fundamentais: torná-lo multiplataforma, possibilitar o acesso a múltiplos usuários e tornar a ferramenta mais intuitiva. O desenvolvimento de uma interface amigável permite que essa nova versão expanda o domínio de uso também para pesquisadores inexperientes ou novatos em química computacional. O ProtCool 2.0 não executa as dinâmicas após preparação nem opera análises dos resultados, ele é construído para ser um expert na preparação baseado em workflows, percorrendo o workflow que lhe foi programado, gerando todos os arquivos de configuração necessários para uma execução confiável da dinâmica molecular no aparato computacional do usuário. Como todo o processo fica devidamente registrado, isso permite maior reprodutibilidade e reusabilidade das preparações. Boa parte de suas funcionalidades estão fundamentadas na adaptação das ferramentas mais conhecidas pela literatura no campo de simulações de dinâmica molecular. O ProtCool 2.0 foi desenvolvido utilizando as melhores práticas e processos de engenharia de software. Sua arquitetura cliente-servidor implementada sob o padrão web permite que ele seja multiplataforma e multiusuário, característica que traz ganhos em disponibilidade e desempenho. Ele possui uma interface gráfica minimalista que oferece recursos interativos que concedem segurança ao usuário para o correto preenchimento de seus parâmetros de estudo, evitando erros. Para demostrar seu uso, o ProtCool 2.0 foi submetido a um estudo de caso na simulação da interação entre acetilcolinesterase e galantamina, usada no tratamento do Alzheimer, o que possibilitou uma validação por replicação de uma simulação certificada por pares em publicação internacional. Foi possível demonstrar ao final que a preparação da simulação de fato permitiu a execução de dinâmicas moleculares confiáveis, reproduzindo os resultados esperados. Espera-se que esta ferramenta possa não somente trazer maior agilidade, reprodutibilidade e reusabilidade às preparações de dinâmica molecular, como contribuir para suavizar a curva de aprendizagem dessas simulações em química computacional. |
Abstract: | The COVID-19 pandemic has made it clear the high demand for computational systems that expedite the discovery of new drugs. In this regard, understanding the dynamic behavior of biomolecular complexes is crucial. Techniques involving molecular dynamics simulations of these complexes have increasingly been used to accelerate the identification of better drug candidates. However, the preparation of such simulations is highly complex, and their numerous details are not always adequately emphasized, compromising their reproducibility and reusability. To address this, the ProtCool tool was proposed—a protocol generator focused on integrating docking and molecular dynamics of protein-ligand complexes. In its initial version, this tool was restricted to the user's local environment. This work presents version 2.0 of ProtCool, developed under a client-server model with a web interface. The aim is to fill the gaps left by the previous version, enhancing the software in three fundamental aspects: making it multi-platform, enabling access to multiple users, and making the tool more intuitive. The development of a user-friendly interface allows this new version to expand its scope of use to inexperienced or novice researchers in computational chemistry. ProtCool 2.0 does not execute the dynamics or perform result analyses; it is designed to be an expert in preparation based on workflows, following the programmed workflow and generating all the necessary configuration files for reliable execution of molecular dynamics on the user's computational setup. With the entire process being properly recorded, this allows for greater reproducibility and reusability of the preparations. Many of its functionalities are based on the adaptation of well-known tools from the literature in the field of molecular dynamics simulations. ProtCool 2.0 was developed using best practices and software engineering processes. Its client-server architecture implemented under the web standard enables it to be cross-platform and multi-user, providing benefits in availability and performance. It features a minimalist graphical interface with interactive resources that ensure user safety in correctly filling out their study parameters, thus preventing errors. To demonstrate its use, ProtCool 2.0 underwent a case study on the simulation of the interaction between acetylcholinesterase and galantamine, used in the treatment of Alzheimer's disease, which allowed for validation through replication of a simulation certified by peers in an international publication. The preparation of the simulation successfully enabled the execution of reliable molecular dynamics, reproducing the expected results. It is expected that this tool will not only bring greater speed, reproducibility, and reusability to molecular dynamics preparations but also contribute to smoothing the learning curve for these simulations in computational chemistry. |
Palavras-chave: | Simulações de dinâmica molecular Desenvolvimento de novos fármacos Química computacional Workflow |
CNPq: | CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
Sigla da Instituição: | UNIFEI |
metadata.dc.publisher.department: | IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Tecnologia da Computação |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3875 |
Data do documento: | 18-Jul-2023 |
Aparece nas coleções: | Dissertações |
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