Karmaşık Sistemler Simülasyon Grup Laboratuvarı

Hakkında

Karmaşık sistemleri araştırma grubu olarak çalışmalarımız iki hedef doğrultusunda devam etmektedir. Ana hedefimiz istatistik mekanik kuralarından yararlanarak yenilikçi algoritmalar geliştirmektir. İkinci hedefimiz ise makromolekül yapıların mekanizmalarının simülasyon teknikleriyle elde edilen sonuçlarının büyük veri analiz teknikleriyle anlaşılmasına yöneiliktir.

Nöron ağları, spin camları, protein gibi sistemler literatürde karmaşık sistemler olarak bilinir ve kuramsal açıdan analitik çözümlerle anlaşılması olanaksızdır. Protein gibi makromoküllerde gözlemlenen protein-protein, protein-ligand ve “aggregation” ve kendiliğinden organize olma gibi olaylar nümerik yöntemlerle incelenmektedir. Bu tür olayların doğasının anlaşılması özellikle birçok hastalığın nedenleriyle çözüm yolları arasında bağlantı kurulmasına neden olmaktadır. Örneğin Alzheimer, Huntington gibi nörolojik  hastalıkların için ilaç dizaynı üzerinde çalışmalarının önemli bir kısmını simülasyon çalışmaları oluşturmaktadır.

Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişmeler karmaşık yapı özellikleri gösteren  sistemlerin  deneysel yöntemlerle inceleme olanağı olmayan herhangi bir etkiyi simülasyon tekniklerin yaygın kullanmasına neden olmuştur. Temelde incelenecek olan sistemin artan serbestlik derecesine bağlı olarak sistemin sahip olacağı faz uzayının doğru olarak örneklenebilmesi ve doğru istatistiğin oluşturulabilmesi gerekmektedir. Bilindiği üzere simülasyon çalışmalarında incelenecek karmaşık bir sistemin anlaşılabilmesi için yöntem bazında iki temel nokta ön plana çıkmaktadır. Bunlardan birincisi, tamamıyla yeni bir yaklaşım yapılarak, sistemi doğru olarak betimleyecek etkin bir algoritma oluşturulması, ikincisi ise mevcut kullanılan yöntemin mümkün olduğu kadar yüksek hızda çalışan bilgisayarlarda faz uzayının büyük ve etkin kısımlarını uzun zaman dilimi içerisinde  oluşturularak yöntemin efektifliğini artırmaktır. 

Araştırma Olanakları

•    Hesaplama Ünitesi (8 Node x 4 Çekirdek)  

*    CPU ve GPU içereikli Hesaplama Ünitesi (20 node)

*   Uluslararası Hesaplama Merkezlerine Erişim Hakkı

Araştırmacılar

•    Prof. Dr. Fatih Yaşar
•    Doç. Dr. Mehmet Dilaver
•    Arş. Gör. Özgür Güven
•    Recep Keskin

Devam Eden Projeler

•    Protein-Ligand Etkileşimlerinin Kuantum Mekaniksel/Moleküler Mekaniksel Simülasyon Teknikleriyle İncelenmesi
•    Makromoleküllerin Hibrit Simülasyon Teknikleri ile İncelenmesi

Tamamlanan Projeler

•    2015 - 2018 Replica Exchange Tünelleme Yöntemi ve Uygulamaları, Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, YAŞAR F. (Yürütücü)
•    2015 - 2017 From Computational Biophysics to System Biology CBSB2016 olarak adlandırılan Uluslararası Çalıştayın düzenlenmesi, Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, DİLAVER M. (Yürütücü) , YAŞAR F.
•    2015 - 2015 Hybrid MC/MD simulation of implicit Trpcage mini-protein, Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, YAŞAR F. (Yürütücü)
•    2018 - 2019 Işınlanmış Şeker ve Şeker İçeren Kuru Gıdaların Elektron Spin Rezonans ESR Tekniği İle Teşhisi ve Bu Gıdalarda Işınlama İle Oluşan Radikalik Araürünlerin Karakterizasyonu. Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, POLAT M. (Yürütücü) , DİLAVER M.
•    2015 - 2017 From Computational Biophysics to System Biology CBSB2016 olarak adlandırılan Uluslararası Çalıştayın düzenlenmesi. Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, DİLAVER M. (Yürütücü) , YAŞAR F.

Yayınlar

Response to "Comment on 'Replica-exchange-with-tunneling for fast exploration of protein landscapes"' [J. Chem. Phys. 145, 057101 (2016)]. YAŞAR F. , Bernhardt N. A. , Hansmann U. H. E., JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, cilt.145, 2016

Replica-exchange-with-tunneling for fast exploration of protein landscapes. YAŞAR F. , Bernhardt N. A. ,  Hansmann U. H. E., JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, cilt.143, 2015

ESR investigation on the potential use of potassium citrate as a dosimeter material. KORKMAZ G. , DİLAVER M. , POLAT M., APPLIED RADIATION AND ISOTOPES, cilt.153, 2019.

Interconversion between Serum Amyloid A native and fibril conformations, F. Yasar, M.S. Sheridan and U.H.E. Hansmann, ,ACS Omega, 7 (2022), 12186,  

Resolution Exchange with Tunneling for Enhanced Sampling of Protein Landscapes, F. Yasar, A.J. Ray and U.H.E. Hansmann,, Phys. Rev. E, 106 (2022), 015302.

 

Bağlantılar

Hakkında

Karmaşık sistemleri araştırma grubu olarak çalışmalarımız iki hedef doğrultusunda devam etmektedir. Ana hedefimiz istatistik mekanik kuralarından yararlanarak yenilikçi algoritmalar geliştirmektir. İkinci hedefimiz ise makromolekül yapıların mekanizmalarının simülasyon teknikleriyle elde edilen sonuçlarının büyük veri analiz teknikleriyle anlaşılmasına yöneiliktir.

Nöron ağları, spin camları, protein gibi sistemler literatürde karmaşık sistemler olarak bilinir ve kuramsal açıdan analitik çözümlerle anlaşılması olanaksızdır. Protein gibi makromoküllerde gözlemlenen protein-protein, protein-ligand ve “aggregation” ve kendiliğinden organize olma gibi olaylar nümerik yöntemlerle incelenmektedir. Bu tür olayların doğasının anlaşılması özellikle birçok hastalığın nedenleriyle çözüm yolları arasında bağlantı kurulmasına neden olmaktadır. Örneğin Alzheimer, Huntington gibi nörolojik  hastalıkların için ilaç dizaynı üzerinde çalışmalarının önemli bir kısmını simülasyon çalışmaları oluşturmaktadır.

Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişmeler karmaşık yapı özellikleri gösteren  sistemlerin  deneysel yöntemlerle inceleme olanağı olmayan herhangi bir etkiyi simülasyon tekniklerin yaygın kullanmasına neden olmuştur. Temelde incelenecek olan sistemin artan serbestlik derecesine bağlı olarak sistemin sahip olacağı faz uzayının doğru olarak örneklenebilmesi ve doğru istatistiğin oluşturulabilmesi gerekmektedir. Bilindiği üzere simülasyon çalışmalarında incelenecek karmaşık bir sistemin anlaşılabilmesi için yöntem bazında iki temel nokta ön plana çıkmaktadır. Bunlardan birincisi, tamamıyla yeni bir yaklaşım yapılarak, sistemi doğru olarak betimleyecek etkin bir algoritma oluşturulması, ikincisi ise mevcut kullanılan yöntemin mümkün olduğu kadar yüksek hızda çalışan bilgisayarlarda faz uzayının büyük ve etkin kısımlarını uzun zaman dilimi içerisinde  oluşturularak yöntemin efektifliğini artırmaktır. 

Araştırma Olanakları

•    Hesaplama Ünitesi (8 Node x 4 Çekirdek)  

*    CPU ve GPU içereikli Hesaplama Ünitesi (20 node)

*   Uluslararası Hesaplama Merkezlerine Erişim Hakkı

Araştırmacılar

•    Prof. Dr. Fatih Yaşar
•    Doç. Dr. Mehmet Dilaver
•    Arş. Gör. Özgür Güven
•    Recep Keskin

Devam Eden Projeler

•    Protein-Ligand Etkileşimlerinin Kuantum Mekaniksel/Moleküler Mekaniksel Simülasyon Teknikleriyle İncelenmesi
•    Makromoleküllerin Hibrit Simülasyon Teknikleri ile İncelenmesi

Tamamlanan Projeler

•    2015 - 2018 Replica Exchange Tünelleme Yöntemi ve Uygulamaları, Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, YAŞAR F. (Yürütücü)
•    2015 - 2017 From Computational Biophysics to System Biology CBSB2016 olarak adlandırılan Uluslararası Çalıştayın düzenlenmesi, Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, DİLAVER M. (Yürütücü) , YAŞAR F.
•    2015 - 2015 Hybrid MC/MD simulation of implicit Trpcage mini-protein, Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, YAŞAR F. (Yürütücü)
•    2018 - 2019 Işınlanmış Şeker ve Şeker İçeren Kuru Gıdaların Elektron Spin Rezonans ESR Tekniği İle Teşhisi ve Bu Gıdalarda Işınlama İle Oluşan Radikalik Araürünlerin Karakterizasyonu. Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, POLAT M. (Yürütücü) , DİLAVER M.
•    2015 - 2017 From Computational Biophysics to System Biology CBSB2016 olarak adlandırılan Uluslararası Çalıştayın düzenlenmesi. Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, DİLAVER M. (Yürütücü) , YAŞAR F.

Yayınlar

Response to "Comment on 'Replica-exchange-with-tunneling for fast exploration of protein landscapes"' [J. Chem. Phys. 145, 057101 (2016)]. YAŞAR F. , Bernhardt N. A. , Hansmann U. H. E., JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, cilt.145, 2016

Replica-exchange-with-tunneling for fast exploration of protein landscapes. YAŞAR F. , Bernhardt N. A. ,  Hansmann U. H. E., JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, cilt.143, 2015

ESR investigation on the potential use of potassium citrate as a dosimeter material. KORKMAZ G. , DİLAVER M. , POLAT M., APPLIED RADIATION AND ISOTOPES, cilt.153, 2019.

Interconversion between Serum Amyloid A native and fibril conformations, F. Yasar, M.S. Sheridan and U.H.E. Hansmann, ,ACS Omega, 7 (2022), 12186,  

Resolution Exchange with Tunneling for Enhanced Sampling of Protein Landscapes, F. Yasar, A.J. Ray and U.H.E. Hansmann,, Phys. Rev. E, 106 (2022), 015302.

 

Bağlantılar