Développements Logiciels pour les Simulations de Dynamique Moléculaires Interactives: Applications au repliement des biomolécules.

Thèse préparée au Laboratoire de Biochimie Théorique, CNRS UPR 9080 IBPC et soutenue le 24 novembre 2017

Directeurs de thèse: Philippe Derreumaux et Marc Baaden

Résumé

Le repliement de biomolécules à partir de méthodes computationelles reste un grand défi. Plus particulièrement, les simulations de dynamique moléculaire tout-atomes sont intrinsèquement longues et ne permettent pas encore d’atteindre l’échelle de temps de la microseconde de façon courante. En général, un approche gros-grain est préférée pour simuler des systèmes plus grands et des échelles de temps plus longues.

Les approches automatiques comme la dynamique moléculaire ne tiennent pas compte de l’expertise de l’investigateur. Ce travail de thèse explore le repliement des biomolécules au moyen de simulations de dynamique moléculaire interactives avec les modèles gros-grains OPEP et HiRE-RNA, respectivement dédiés aux acides aminés et nucléiques. Les simulations interactives sont comme les simulations classiques, mais permettent en plus à l’utilisateur d’appliquer des forces sur une sélection d’atomes et d’observer la réaction du système en direct pendant que la simulation tourne depuis un logiciel de visualisation moléculaire. Des développements logiciels dédiés ont été faits dans un de ces programmes, UnityMol, couplé aux simulations gros-grain OPEP et HiRE-RNA.

Quelques essais de repliement ont été menés par des simulations interactives avec nos outils. Une approche dite collaborative (ou plus généralement “crowdsourcing”) au repliement de molécules d’ARN gros-grains avec le modèle HiRE-RNA fut menée. Le repliement de peptides a suivi dans une configuration de laboratoire avec OPEP.

En complément, des aspects de réalité virtuelle et des améliorations de performance du logiciel de simulation de réseaux de ressorts BioSpring ont été explorés.

Mots clefs: Dynamique Moléculaire, Graphisme Moléculaire, Repliement Interactif, ARN, Protéine, Repliement Participatif

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