Разработка быстрого и эффективного алгоритма твердотельной оптимизации молекулярных комплексов

Современные методы молекулярного докинга предназначены для предсказания конформаций молекулярных комплексов исходя из структур молекул, составляющих комплекс, и активно применяются для исследования структур и функций молекулярных комплексов, влияния точечных мутаций на механизм работы молекулярных комплексов, а также для проектирования новых лекарственных препаратов и инжиниринга молекул с новыми свойствами. Один из этапов докинга - твердотельная оптимизация - используется для улучшения энергии конформаций, полученных на этапе геометрического перебора вариантов структуры молекулярного комплекса. Число таких конформаций может доходить до миллиарда, а от качества оптимизированных структур зависит успех всего протокола молекулярного докинга, поэтому алгоритмы твердотельной оптимизации должны быть быстрыми и эффективными. Несмотря на прогресс в создании быстрых алгоритмов твердотельной оптимизации, остаются нерешенными некоторые проблемы их эффективности, связанные с много-экстремальностью поверхности энергии в пространстве степеней свободы молекулярного комплекса. Минимизация по такой поверхности представляет собой крайне-сложную задачу оптимизации. Для ее решения используются алгоритмы локальной оптимизации в предположении, что ближайший локальный минимум на поверхности энергии соответствует оптимальной конформации молекулярного комплекса. Однако, такое предположение на практике часто оказывается неверным, что приводит к некорректной работе существующих методов. Цель данного проекта заключается в разработке нового быстрого и эффективного алгоритма твердотельной оптимизации. Для улучшения стабильности алгоритма предлагается ввести геометрический контроль над качеством оптимизированных конформаций. Такой контроль будет гарантировать, что среднеквадратичное отклонение оптимизированной структуры от начальной конформации лежит в наперед заданном интервале значений. Кроме того, геометрический критерий не будет зависеть от параметров энергетической функции, а значит алгоритм сможет быть использован в комбинациях с различными функциями энергии, а также для различных типов молекулярных комплексов (белок-белок, белок-лиганд, днк-белок и др.).