Ewald-féle részecskeháló

A levágási sugár okozta pontatlanságok kiküszöbölésére Darden egészen Paul Ewald, a röntgen-krisztallográfia egyik megalapozójának 1921-ben publikált és azóta is sûrûn idézett cikkéhez nyúlt vissza segítségért. Darden leginkább arra összpontosította figyelmét, hogyan lehetne az "Ewald-féle összegzést" egy nagyon gyors számítási módszerrel, a gyors Fourier-transzformációval (FFT) együtt használni. "Mi voltunk az elsôk, akik makromolekulákra végeztek Ewald-összegzést, mivel mások nem tudták, hogyan lehetne ezt gyorsan csinálni" – állítja Darden.

Ahhoz, hogy az Ewald-összegzés az MD-ben gyakori szabálytalan töltéseloszlásokra is mûködjön, Darden kölcsönvette a plazmafizikában használt "részecskeháló módszert". Az általuk "Ewald-féle részecskehálónak" (particle mesh Ewald), vagy PME-nek elnevezett módszer tesztelésére Darden, York és Pedersen lefuttattak egy egy nanoszekundumos szimulációt, amelyben egy nagy fehérje, a szarvasmarha hasnyálmirigyében termelt tripszin inhibitor szerkezetét vizsgálták, majd összehasonlították az eredményt a kristálystruktúrával. Az eltérés kisebb volt, mint amekkora a fehérje különféle kikristályosodott formái között szokott lenni.

"Képesek vagyunk hosszú szimulációkat végezni anélkül, hogy olvadás lépne fel. Az eredményeink nagyon pontosak. Ezenkívül a PME-szimulációk olcsóbbak is, mint a 10 angströmös levágási sugarúak" – állítja Darden. A PME segítségével Pedersen és Darden elvégezhették az ôket eredetileg ösztönzô DNS és H-ras p21 fehérje szimulációját.

Az új módszer valósághûségének további vizsgálatához Darden kapcsolatba lépett a PSC biomedikusával, Mike Crowley-vel. Ôk ketten kifejlesztették a PME CRAY T3D-re írt párhuzamos változatát. A legnagyobb problémát az FFT hatékony párhuzamosítása okozta, de Crowley-nek sikerült megoldania ezt. "A T3D elôtt mindenki azt mondta, hogy az FFT nem mûködik jól párhuzamos rendszereken. De a T3D-nek igen jó a kommunikációs sávszélessége, így Mike-nak sikerült elkészíteni egy hatékony háromdimenziós FFT-t."

Darden Peter Kollmann csoportjával (University of California, San Francisco) is együttmûködik. Közös munkájuk célja a PME és az AMBER nevû MD programcsomag házasítása. Mivel a PME egyesíti a nagyobb valósághûséget és a gyorsaságot, Darden és Pedersen szerint híd lehet az NMR és a krisztallográfia, valamint az MD között. Míg az elôbbiek arra alkalmasak, hogy az alakzatról adjanak pontos képeket, az utóbbi arra képes, hogy leírja, hogyan viselkednek a biomolekulák a sejten belül.

Mike Crowley, a PSC biomedikusa. Dardennel együtt kifejlesztettek egy hatékony, párhuzamos módszert a háromdimenziós FFT-re, így a PME-szimuláció most már a CRAY T3D-n folyhat.

[Vissza]