I Workshop de Computação de Alto Desempenho

Ilhéus, 28 de novembro de 2008

Centro Federal de Educação Tecnológica da BahiaCentro Federal de Educação Tecnológica da Bahia

CEFET-BA• Instituição Federal com foco em Educação Tecnológica,

Profissionalizante e no Ensino Superior.

• Vinculada ao Ministério da Educação

• Estrutura multi-campi - unidades de ensino em regiões estratégicas do Estado da Bahia.

Salvador *Barreiras *Camaçari *Eunápolis *Porto Seguro *Santo Amaro * Simões Filho Valença *Vitória da Conquista*

Bom Jesus da LapaFeira de Santana IrecêIlhéusJacobinaJequiéSeabraPaulo Afonso

Unidades de Ensino– Salvador (Sede)– Simões Filho (Unidade Avançada)

UNEDs – Unidades Descentralizadas

Barreiras

Eunápolis

Valença

Vitória da Conquista

Principais Atividades

• Ensino– Médio– Profissional– Superior– Pós-Graduação

• Pesquisa e Extensão– Cursos– Consultorias– Convênios e Parcerias– Desenvolvimento de Produtos

Pesquisa e Extensão• Áreas de Competência

– Tecnologia de InformaçãoTecnologia de Informação• Grupo de Pesquisa “Guarda-Chuva” e incipiente:Grupo de Pesquisa “Guarda-Chuva” e incipiente:

– 16 pesquisadores (maioria em capacitação)16 pesquisadores (maioria em capacitação)– 06 alunos de iniciação científica06 alunos de iniciação científica

• Linhas de PesquisaLinhas de Pesquisa– Grid Computing;– Desenvolvimento de sistema computacional para supervisão e diagnóstico da qualidade

de energia;– Banco de Dados;– Gestão de Conhecimento;– TV Digital;– Cooperação com o Laboratório de Biofísica Computacional e com o Grupo de Pesquisa

de Sinais e Sistemas.

Pesquisa e Extensão• Áreas de Competência

– Sinais e SistemasSinais e Sistemas• PesquisadoresPesquisadores

– 02 Doutores02 Doutores

– 03 Mestres03 Mestres

• Linhas de PesquisaLinhas de Pesquisa– Processamento digital de sinais;

– Estudo e diagnóstico da qualidade de energia;

– Protótipo de Nobreak 3KVA Microprocessado;

– Fotônica

– Controle e Automação

Pesquisa e Extensão• Áreas de Competência

– Biofísica ComputacionalBiofísica Computacional• PesquisadorPesquisador

– 1 Doutor1 Doutor

– 2 Doutorandos2 Doutorandos

– Alunos de Iniciação CientíficaAlunos de Iniciação Científica

• Linhas de PesquisaLinhas de Pesquisa– Modelagem, análise e simulação de sistemas biológicos

– Modelagem de macro-moléculas biológicas

Biofísica computacional• Simulação de Fenômenos Biofísicos

– Estudos sobre a dinâmica e estabilidade de biomembranas e de filmes líquidos finos de interesse biológico.

– Modelagem molecular de enzimas envolvidas na produção biogênica de gás sulfídrico por Bactérias Redutoras de Sulfato e de sistemas envolvidos na biossulfetogênse e na recuperação avançada de petróleo (problema da produção de sulfato de enxofre nos campos de petróleo).

Biofísica computacional• Simulação de Fenômenos Biofísicos

– Modelagem molecular da ATP sulfurilase (desintoxicação da torta da mamona).

– Estudo da estrutura da ATPS via dinâmica molecular.

– A modelagem de macromoléculas biológicas tem sido desenvolvida através de técnicas da Dinâmica Molecular Clássica e de cálculos ab initio para parametrização do campo de forças clássico.

Biofísica computacional• Modelagem e Simulação

– Proteínas modeladas por meio de uma base de dados denominada PDB.

– Uso de softwares de modelagem e simulação por meio do GROMACS.

– Tempo médio de simulação de um evento biofísico de 30s em um único nó: 15 dias

Modelagem Molecular e Métodos Computacionais

Descrição e previsão de estruturas moleculares, propriedades e equilíbrio das reações, através da química computacional e técnicas de visualização gráfica, visando fornecer uma representação tridimensional, sob um dado conjunto de circunstâncias.

Métodos

• Minimização de energia das moléculas;• Análise comformacional;• Simulação da dinâmica molecular;

Processo

• Seleção do modelo (Protein Data Bank (PDB), Dundee PRODRG Server);

• Execução de cálculos (Método Ab Initio, Semi-Empírico, Mecânica Molecular);

• Análise dos resultados;

Suporte Computacional

• Tamanho do sistema a ser estudado em termos do número de átomos na molécula (Lei de Amdahl);

• O custo computacional varia de acordo com o hardware disponível para executar os cálculos;

• Uso de softwares de modelagem molecular (Gaussian, Gamess, GROMACS)

Biofísica computacional• Infra-Estrutura

– 6 máquinas Linux em um cluster Beowulf

– Uso de biblioteca MPI

– Necessidade de integrar a grades computacionais para aumentar a capacidade de processamento!

Biofísica computacional• Pesquisa computacional

– Adaptação do formato PDB para XML, já em andamento, 70% terminado

– Criação de uma base de dados XML com as informações sobre as proteínas analisadas no LABIC e processamento da mesma em um cluster/grade de dados

- Desenvolvimento da ferramenta Odara-X para indicação e definição do esquema de fragmentação, já em andamento, 60% terminada

Biofísica computacional• Pesquisa computacional

– Análise de similaridas no formato PDB

– Extração de características por meio de redes neurais, rodando no cluster;

• Estudo de algoritmos de auto-organização de dados;• Estudo da estrutura de representação de dados do PBD

(Protein Data Bank);• Desenvolvimento de algoritmos de rede neural baseado

em auto-organização (Mapa de Kohonen);• Estudo de problemas de homologia de estruturas

associados a projetos do Labic (Laboratório de Bio-física Computacional);

• Determinação de homologias de estruturas protéicas do PDB através dos algoritmos desenvolvidos.

• O PDB (Protein Data Bank) é um portal de informações para estruturas biológicas e fornece uma variedade de ferramentas e recursos para o estudo destas estruturas.

• Dentro do PDB, estão catalogadas estruturas como proteínas, ácidos nucléicos e complexos de proteínas, que representam cerca de 99,9% das estruturas cadastradas.

• As proteínas no PDB possuem códigos que contém um número e três letras e cada macromolécula possui sua seqüência de nucleotídios e aminoácidos em formato fasta .

Exemplo de um arquivo fasta:

2AAI: CADEIA B 2AAI: CADEIA A

advcmdpepivrivgrnglcvdvrdgrfhngnaiqlwpcksntdan ...

ifpkqypiinfttagatvqsytnfiravrgrlttgadvrheipvlpnrvglpi...

• Representação dos dados

.2AAI - CRYSTALLOGRAPHIC REFINEMENT OF RICIN TO 2.5 ANGSTROMS

• Arquivo Fasta

Proteína Proteína UtilizadaUtilizada Como Como PadrãoPadrão

2AAI CADEIA B

advcmdpepivrivgrnglcvdvrdgrfhngnaiqlwpcksntd...

2AAI CADEIA A

Ifpkqypiinfttagatvqsytnfiravrgrlttgadvrheipvlpnrv...

PROTEÍNA ARQUIVO FASTAProteína 1(2AAI) ifpkqypiinfttagatvqsytnfiravrgra…

Proteína 2 myavatwlcfgstsgwsftlednnifpkq…Proteína 3 advcmdpepivrivgrnglcvdvrdgrf…

Proteína 4 advcmdpepivrivgrnglcvdvrdgrf...

Proteína 5 advcmdpepivrivgrnglcvdvrdna...

Proteína 6 fghngnaiqlwpcksntdanqlwtlkrd...

Proteína 7 Ifpkqypiinfttadatvesytnfiravrsh...

Proteína 26 ddgtctpseptvwivglnglcvdvrhgk…

[4 4]

Perspectivas

• Aumento da capacidade de infra-estrutura

• Integração de cluster MPI a outros via grades computacionais

• Contatos:• Allan Santos – allan@cefetba.br• Elias Ramos – eramos@cefetba.br• Pablo Florentino – pablovf@cefetba.br