2025/2026

Молекулярное моделирование

Статус: Маго-лего

Кто читает: Департамент больших данных и информационного поиска

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1, 2 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Шайтан Алексей Константинович

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 56

Программа дисциплины

Аннотация

Курс представляет собой обзор методов молекулярного моделирования в биологии с акцентом на 3D-моделирование биомолекулярных структур. В курс включены следующие темы: просмотр и анализ PDB-структур, структурная биоинформатика, моделирование молекулярной динамики, моделирование методом Монте-Карло, крупнозернистое моделирование, молекулярный скрининг, докинг, интегративное моделирование, квантово-химические расчёты, прогнозирование структуры белков, дизайн белков, применение методов искусственного интеллекта в дизайне и прогнозировании структур белков. Курс включает в себя лекции и практические упражнения.

Цель освоения дисциплины

• Понимать принципы методов молекулярного моделирования в биологии, спектр методов молекулярного моделирования и их применимость, связь между экспериментальными данными и структурными моделями.
• Уметь визуализировать и анализировать файлы структур PDB, выполнять базовые МД-симуляции, выполнять сравнительное моделирование белков и использовать инструменты предсказания структуры белков, использовать инструменты проектирования белков, применять базовые инструменты стыковки, выполнять базовое моделирование квантовой химии.

Планируемые результаты обучения

• Знать основные понятия и парадигмы молекулярного моделирования
• Уметь анализировать и модифицировать PDB-структуры
• Владеть навыками обычного и управляемого полноатомного молекулярно-динамического моделирования
• Уметь анализировать молекулярно-динамические траектории
• Уметь предсказывать трехмерные структуру белков при помощи методов, основанных на гомологии и искусственном интеллекте
• Уметь применять методы молекулярного докинга

Содержание учебной дисциплины

• Вводная лекция. История, виды и основы методов биомолекулярного моделирования.
• Оргвопросы. Использование ЭВМ и доступ к ним, установка, настройка программ и сред.
• Структурная биоинформатика (часть 1).
• Визуализация 3D-структур (часть 1).
• Структурная биоинформатика (часть 2).
• Визуализация 3D-структур (часть 2).
• Анализ и сравнительный анализ 3D-структур. Теория. (часть 1).
• Анализ и сравнительный анализ 3D-структур. Практика (часть 1).
• Анализ и сравнительный анализ 3D-структур. Теория. (часть 2).
• Анализ и сравнительный анализ 3D-структур. Практика (часть 2).
• Теоретические основы методов молекулярной механики и динамики. Задание моделей молекул (часть 1).
• Подготовка и запуск МД расчетов в Gromacs (часть 1).
• Теоретические основы методов молекулярной механики и динамики. Задание моделей молекул (часть 2).
• Подготовка и запуск МД расчетов в Gromacs (часть 2).
• Алгоритмы и методы молекулярной динамики.
• Анализ расчетов в MDAnalysis.
• Дизайн и анализ молекулярно-динамических экспериментов. Методы Монте-Карло. Вариации методов МД.
• Использование PLUMED для управляемой молекулярной динамики.
• Методы предсказания и дизайна структры белков (часть 1).
• Знакомство с программами Modeller, AlphaFold и Swiss-Model (часть 1).
• Методы предсказания и дизайна структры белков (часть 2).
• Знакомство с программами Modeller, AlphaFold и Swiss-Model (часть 2).
• Методы виртуального скирининга и докинга.
• Знакомство с программами SwissDock и AutoDock Vina.
• Основы квантово-химических расчетов.

Элементы контроля

• Промежуточная контрольная работа
• Итоговая контрольная работа
• Экзамен

Промежуточная аттестация

• 2025/2026 2nd module
  0.4 * Итоговая контрольная работа + 0.4 * Промежуточная контрольная работа + 0.2 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Rapaport, D. C. The art of molecular dynamics simulation. –Cambridge university press, 2004.
• Медведев, Н. Н.  Молекулярная динамика. Получение моделей : учебник для вузов / Н. Н. Медведев. — Москва : Издательство Юрайт, 2025. — 168 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-18821-9. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/568932 (дата обращения: 04.07.2025).

Рекомендуемая дополнительная литература

• Optimization in Computational Chemistry and Molecular Biology : Local and Global Approaches, edited by C. A. Floudas, P. M. Pardalos, 339 p., , 2000
• Snurr, Randall Q, Adjiman, Claire, Kofke, David A.Foundations of Molecular Modeling and Simulation. –Springer, 2016.

Авторы

• Емашева Валерия Анатольевна