Estudo para adaptar uma aplicação de dinâmica molecular utilizando as
interações da protease do HIV na computação em Grid.
Patrícia M. de Barros, Cleverson Veronez, Alexandre Vassallo, Carla Osthoff
LNCC – Laboratório Nacional de Computação Científica
Av. Getulio Vargas, 333 – Quitandinha – Petrópolis/RJ
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Pedro Pascutti, Alan Silva, Walfredo Cirne
UFRJ/UFCG – PB
E-mail: [email protected]; [email protected],[email protected]
A tecnologia de grade computacional possibilita agregar
recursos computacionais variados e dispersos em um único
“supercomputador virtual”, acelerando grandemente a
execução de várias aplicações paralelas. O software MyGrid
é um projeto de computação em Grade Computacional que
provê um ambiente de execução global para permitir a
execução remota de uma grande quantidade de tarefas em
paralelo através das máquinas que o usuário tem acesso.
Por outro lado existem diversas áreas de pesquisa que
necessitam
de
grande
quantidade
de
recursos
computacionais, como por exemplo a área de pesquisa de
biofísica molecular. O nosso trabalho está interagindo com
estes pesquisadores no trabalho de pesquisa de simulação da
dinâmica molecular da protease do HIV. Este trabalho está
dentro do projeto MygridGene que tem como um de seus
objetivos realizar uma adaptação destes programas para sua
execução em Grade Computacional não apenas para reduzir
o tempo de execução das simulações, como também para
tornar possível a redução de problemas consideravelmente
maiores.
A inibição da protease do HIV tem alcançado sucesso em
tratamentos clínicos. Porém, uma dificuldade encontrada
tem sido a rápida emergência da resistência a drogas pelo
vírus. Diferentes cepas resistentes do HIV têm aparecido de
acordo com a região do planeta. Por exemplo, no sul do
Brasil há mutantes resistentes que possuem diferentes
sequências de aminoácidos na protease, em relação aos vírus
mutantes resistentes de outras partes do país. Além disso,
uma previsão da Organização Mundial da Saúde é que em
torno de noventa por cento das pessoas infectadas pelo vírus,
neste início do século XXI, será do terceiro mundo. Assim, é
necessário um aumento nos esforços teóricos e
experimentais que possibilitem o desenvolvimento de novas
drogas contra os mutantes regionais.
As mutações que produzem resistência a inibidores de
protease são geralmente concentradas nas regiões da enzima
que formam os subsídios de ligação com o substrato.
A simulação da dinâmica molecular da protease
complexada com uma droga inibidora levaria cerca de 02
semanas para oferecer um resultado satisfatório, além de
grande capacidade de processamento e grande capacidade de
armazenamento e transferência de dados. Tais aplicações,
empregam o software THOR Molecular Modelling –
THORMM, que é um pacote de programas para modelagem
e dinâmica molecular, desenvolvido pelo Laboratório de
Física Biológica do Instituto de Biofísica Carlos Chagas
Filho (IBCCF).
Em um trabalho anterior [5], nós comparamos o
desenvolvimento da execução de 50 tarefas de dinâmica
molecular em um ambiente de cluster com 16 processadores,
com uma Grade Computacional de máquinas heterogêneas e não
dedicadas, distribuídas em 06 domínios: (01 no LSD/UFCG na
Paraíba, 01 no ApeLab/UCSD em San Diego, 01 na
Carcara/LNCC em Petrópolis, 01 no NACAD/UFRJ, 01 no
NCE;UFRJ e 01 no LCP/UFRJ, no Rio de Janeiro).
Neste trabalho, nós implementamos as mesmas tarefas e
comparamos a sua execução entre um ambiente de cluster de
PC’s (NACAD/COPPE) e um ambiente de Grade Computacional
composto por 03 clusters de PC’s distribuídos em 03 domínios
distintos
(Carcara/LNCC,
LSD/Campina
Grande
e
NACAD/COPPE) contendo 16 processadores cada. Repartimos
as 50 tarefas entre os processadores das 03 clusters.
A contribuição principal deste trabalho está na implementação
de um software de Grade Computacional, o MyGrid, em
sistemas de processadores de cluster, utilizando gateways para
acessar os processadores internos das clusters, e submetendo as
tarefas utilizando o processo de interação com os processos
escalonadores das clusters de PC’s (exp. SGE).
Por final, neste experimento nós comprovamos os benefícios que
um software de Grade Computacional pode oferecer ao ser
adaptado para ser utilizado em sistemas de clusters
computacionais além dos sistemas computacionais individuais,
apresentado no primeiro trabalho.
Referências
[l] Cirne, W. and Marzullo, K., Open Grid: A User-Centric
Approach for Grid Computing, nos Anais do 13th
Symposium on Computer Architecture and High
Performance Computing (September 2001).
[2] Cirne, W. Grids Computacionais: Arquiteuras, Tecnologias
e Aplicações (IV WSCAD-2003).
[3] http://www.dsc.ufpb.br/mygrid
[4] Barros, P., Veronez, C., Osthoff, C., Cirne, W., Neto, E.,
Costa, L., Silva, F., Silva, A., Desenvolvimento e construção
de uma ferramenta de software de estados de aplicações
THOR em execução na GRID. XXV CNMAC. (Setembro
2002).
[5] Barros, P., Veronez, C., Osthoff, C., Cirne, W., Neto, E.,
Costa, L., Silva, F., Silva, A., Pascutti, P. Utilização do
Softare MyGrid para adaptar uma aplicação de dinâmica
molecular em uma Grade Computacional.( II ERAD Janeiro 2003).
[6] Veronez, C., Agostini, F., Barros, P., Osthoff, C., Pascutti,
P., Silva, A., Cirne, W., Study of HIV-1 Protease Mutants
Using Molecular Dynamics Grid Based Computational
Plataform. (ICOBICOBI- Maio 2003).
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