Семинары 2021 года

Первые два семинара НУГ: Цели и задачи. Встречи 28 февраля и 30 марта

Третий семинар от 12.05.21

Первый семинар НУГ был проведен 12 мая. В ходе него, участники поделились выполненной работой и трудностями, возникшими в ходе работы. Так, Зарипов Данис представил своей проект по тестированию функционалов с помощью сил Гельмана-Фейнмана. Он показал графики сил Гельмана-Фейнмана от расстояния на системе инертных газов для выявления функционалов, которые хорошо воспроизводят дисперсионные взаимодействия. А Григорий Степанов рассказал о начатом проекте по предсказанию оптимальных условий проведения реакции кросс-сочетания Бахвальта-Хатвига с использованием машинного обучения. 

Презентация Зарипова Даниса (PPTX, 12,94 Мб)

Четвертый семинар от 25.05.21

На втором семинаре НУГ Зарипов Данис рассказал о текущем состоянии своего проекта по тестированию функционалов. Он показал новые графики зависимости сил Пулая (т.е. разница квантово-химических сил и сил Гельмана-Фейнмана) от расстояния. Из них можно сделать вывод, какие функционалы неправильно воспроизводят силы Пулая.

Глубшев Артем рассказал о текущем состоянии своего проекта по разработке нового функционала кинетической энергии методами машинного обучения. Для этого был имплементирован метод Хартри-Фока для понимания его теоретической основы и применяемых вычислительных методов, с целью дальнейшей проверки теоремы о вириале для того отказа от использования орбитального метода расчета кинетической энергии в DFT.

Епифанов Евгений рассказал, что параметр Cx в формуле Слэйтера для энергии системы в приближении локальной плотности (LDA) не зависит от градиента плотности и производных других порядков, а определяется только видом плотности. Для этого были сделаны расчёты обменной энергии и энергии LDA для различных плотностей, и приравниванием этих энергий были найдены Cx (как число или функция). Евгений планирует сделать аналогичный расчёт для плотности с постоянным приведённым градиентом.

Абдюшева Яна рассказала о том, как проводилась кластеризация молекул воды в белке после молекулярной динамики. Она рассказала про то, как обрабатывались кадры Молекулярной динамики и определялись наиболее вероятные положения воды методом DBSCAN. DBSCAN проводит кластеризацию, основываясь на плотности: для набора точек в некотором пространстве, алгоритм группирует вместе те из них, которые расположены максимально близко, помечая как выбросы точки, находящиеся в областях малой плотности.

Презентация Епифанова Евгения (PPTX, 537 Кб)

Презентация Зарипова Даниса (PPTX, 12,91 Мб)

Пятый семинар от 02.06.21

Третий семинар продолжил традицию рассказов об успехах внутри каждого проекта. 

Абдюшева Яна и Мурлатова Лиза рассказали об основных методах кластеризации воды и программах, которые используют данные методы. Методы можно разделить таким образом: на основе молекулярной динамики, на основе статистических входных данных, на основе знаний. Были описаны плюсы и недостатки каждого метода, а также алгоритмы, которые используются для определения положений воды. В дальнейшем это будет использовано для идентификации сильно связанных молекул воды в молекулярно-механических расчетах. Полученные данные будут использованы в моделировании взаимодействия лиганда с активным центром белка с явным учетом молекул воды.

Григорий рассказал о построении бинарной семантической сети межлекарственных взаимодействий на основе Search Engine.

Епифанов Евгений построил график зависимости Cx от s для плотности rho(r)=1/(kr+c)^3 с постоянным приведённым градиентом s=(grad(rho))/r^(4/3).

Презентация Абдюшевой Яны (PPTX, 2,80 Мб)

Шестой семинар от 13.07.21

Семинар представлял из себя доклад основателя НУГ, зав. кафедрой, профессора базовой кафедры органической химии Института органической химии им. Зелинского И.В. Свитанько.

В интерактивном режиме рассмотрены следующие вопросы:

1. Требования представления векторной графики для статей в иностранные журналы. Откуда она берется, в каких форматах предоставляется и чем ее редактировать.
2. Трансформация посвященных синтетической химии статей для ведущих журналов в расчетно-синтетические (в вариантах "расчет модели для направленного синтеза"; "расчет механизма").
3. Изменение соотношения статей из Азии / Европы+Сев. Америки за последние годы и как это влияет на импакт-фактор журналов. В том числе было рассказано, как считать импакт-фактор и другие наукометрические показатели в разных версиях, в т.ч. задолго до его официального оглашения.
4. Применяемые методы цитирования для поднятия IF: индийский, условно "иранский", китайский инициативный и китайский административный методы. Способы внедрения "хищнических" журналов в списки цитирования WoS. Ошибки mdpi.
5. Что нужно сейчас делать для того, чтоб в ближайшее время не остаться со своими материалами без публикаций Q1-Q2.

Запись доклада доступна по ссылке

Седьмой семинар от 16.11.21

Лосев Тимофей представил доклад о разработанном им подходе несамосогласованной параметризации функционалов DFT и его применении к параметризации нейросетевых функционалов.

Помимо этого, Абдюшева Яна вместе с Мурлатовой Елизаветой рассказали про свои достижения в проекте, связанном с циклин-зависимой киназой.

Презентация Абдюшевой Я. и Мурлатовой Е. (PPTX, 4,44 Мб)

Восьмой семинар от 22.11.21

Кривощапов Николай, в качестве приглашенного гостя, поведал участникам НУГ о новом методе оптимизации конформации для циклических молекул. Метод включает в себя сокращения потенциального пространства доступных конформаций, что приводит к ускорению расчетов без ущерба качеству. После выступления была яркая дискуссия, позволившая раскрыть достоинства предлагаемого подхода.

Закончился семинар обсуждением текущих результатов НУГ, которое дало начало написанию отчета.

Девятый семинар от 28.11.21

Епифанов Евгений нашёл связь между приведённым градиентом и параметром альфа и построил график зависимости SCAN только от приведённого градиента, чем поделился с другими участниками группы на семинаре

Десятый семинар от 09.12.21

В рамках семинара научно-учебной группы Стройловым В. С. была прочитана лекция на тему использования библиографических систем на примере программы EndNote. Было обсуждено установка программы, создание новой базы ссылок, показано множество способов добавления цитирований в базу, использование цитирований в документе. После Медведев М.Г. показал несколько примеров использования на другом менеджере ссылок Zotero.

Семинары 2022 года

Первый семинар от 12.04.22

На семинаре Кирилл Ярцев продемонстрировал результаты своей работы. Изображение: разница в электронной плотности между базисом aug-cc-pVTZ и def2-SVP для переходного состояния реакции подобной нуклеофильному замещению. Синим цветом показаны области, где базис def2-SVP занижает электронную плотность относительно референтного базиса aug-cc-pVTZ, содержащего больше гауссовых функций, и обеспечивающего более точное воспроизведение действительной эл. плотности молекулы. Дополнительные исследования показали, что такая ситуация возможна во многих молекулах с кратной связью гетероатом-гетероатом. Данный эффект приводит к искажению электронной энергии молекулярных систем, а значит делает невозможным предсказание таких свойств химической реакции, как ее скорость, или соотношение продуктов. В дальнейшем предполагается исследовать большее число базисных наборов на воспроизведение образцовой эл. плотности на схожих системах.

Зарипов Данис рассказал о текущем состоянии проекта про тестирование функционалов теории плотности на силах Гельмана-Фейнмана. На текущий момент выполнена вся расчетная часть и пишется черновой вариант статьи. На графике представлены квантовохимические силы по оси X и сил Пулая по оси Y функционалов (цвет – уровень теории функционала, форма – принадлежность к функционалам группы Миннесоты: треугольник – да, круг - нет). Как видно из графика некоторые функционалы группы Миннесоты имеют большие ошибки в силах Пулая, а значит, что они ошибаются либо в энергии, либо в плотности.

Второй семинар от 01.06.22

Молекулярное моделирование, основанное на вычислительных методах квантовой химии, позволяет рассчитать точные свободные энергии лигандов, окруженных наиболее важными остатками белка, что несомненно является значительным вкладом в создание новых высокоэффективных препаратов. В ходе данного проекта Бурденковой Александрой планируется оценить эффективность метода предсказания относительной биологической активности известного ингибитора глутаминилциклазы SEN177 и его аналогов. В работе будет использован полуэмпирический метод GFN2-xTB, реализованный в программном пакете xtb, удобный для изучения конформационного пространства молекулярных систем. Планируется провести ряд модификаций исследуемого лиганда, определить разницу в энергиях между белковыми комплексами и свободными лигандами и оценить направление связывания рассматриваемых соединений в киназе. Предсказанные в ходе квантово-механических расчетов данные о биологической активности будут проверены и сравнены с данными об активности экспериментально синтезированных соединений.

Данилов Григорий рассказал о текущем состоянии своего проекта по поиску механизма реакции электрохимического окисления ароматических углеводородов в ацетонитриле. На данный момент был выполнен литературный обзор и выбраны методы для молекулярного моделирования этого механизма.
На картинке представлена предполагаемая схема протекания реакции электрохимического окисления бензола в ацетонитриле.

Медведев М. Г. рассказал про то, как проходит отбор и рецензирование статей в один из лучших научных журналов – Science: только треть статей идут на рецензирование, все остальные отметаются редакторам.Редактор – специалист широкого профиля, без углубления в какую-то конкретную узкую тему. Если при первом прочтении статьи она не кажется бредом, то это не статья уровня Science. В данном журнале пишут вещи, противоречивые университетским программам, так как эти статьи должны переворачивать область исследования с ног на голову. При этом статья должна быть понятна 10-классникам.
Kirkpatrick et al. выпустили революционную статью в мире DFT в Science. Медведевым М. Г. И Епифановым Е. Ю. из научно-учебной группы ВШЭ, а также другими соавторами был написан комментарий, который приняли в Science. Суть комментария была в том, что авторы статьи не могут гарантировать качество своего функционала, так как нами было доказано, что системы, на которых проверяется функционал, близки к тем, на которых он обучался.

Третий семинар от 14.06.22

Епифанов Евгений рассказал про свой проект "Изучение умозрительных плотностей для поиска новых расширяющих факторов локальных обменных функционалов". Для каждой функции плотности был рассчитан Cx (параметр в уравнении приближения локальной плотности) либо найдено его выражение через параметры плотности. Для плотности с постоянным приведённым градиентом s численно найдены несколько сотен значений Cx в зависимости от s, на основании которых с помощью оптимизации построена кривая.
Функционал на основе данной кривой был имплементирован в LibXC, и с помощью него была рассчитана энергия атома водорода. Так сделано для трёх границ плотности. Данные значение отличаются от точного значения в -0.5 Хартри, а также отличаются между собой, из чего был сделан вывод, что однопараметрическими функционалами точно описать интересующие нас системы нельзя.

Четвертый семинар от 11.08.22

На семинаре Бурденкова Александра продемонстрировала алгоритм проведения квантово-механической оптимизации геометрии с помощью полуэмпирического метода GFN2-xTB. Данный метод является универсальным для вычисления различных моделей белка, содержащих свыше 500 атомов, и позволяет проводить полную оптимизацию геометрии с высокой точностью без дополнительных эмпирических параметров.
В начале доклада был рассмотрен процесс подготовки структуры комплекса белок-лиганд включающий в себя восстановление состояния протонирования структуры с помощью программы BuildModel и построение модели, состоящей из лиганда и окружающих его важных остатков белка. Для обнаружения пропущенной аминокислоты, которая непосредственно участвует в формировании активного центра исследуемой структуры, была построена выпуклая оболочка (кристаллоподобный многогранник) вокруг сформированных ранее остатков белка, включающая при этом все остатки, имеющие хотя бы один атом внутри построенной ранее выпуклой оболочки. Далее был продемонстрирован алгоритм проведения квантово-механической оптимизации, используя подготовленную на предыдущем шаге модель, и получение наиболее стабильной структуры  соединения. Также была вычислена разница в энергиях между белковыми комплексами и свободными лигандами и получено отношение констант ингибирования исследуемых реакций.

Пятый семинар от 25.08.22

На семинаре научно-учебной группы Ярцев Кирилл выступил с докладом на тему базисных наборов в квантовой химии. Участники семинара обсудили что такое базисные наборы, зачем они нужны для выполнения квантово-химических расчетов, какие существуют способы улучшить их работу (контрактация, поляризация, расщепление, аугментация, псевдопотенциалы), влияние базисного набора на скорость и точность вычисления.Также члены НУГ поделились результатами своей текущей работы.

Шестой семинар от 29.09.22

Игорь Валентинович Свитанько представил доклад на тему "Статистические методы обработки имеющихся данных для прогнозирования свойств". Краткая схема доклада с семинара:

1. Исторический обзор: начиная с 1989 года, расширяется использование компьютера в схеме статобработки с обратной связью, или, на современный лад, с машинным обучением:

2. Основной вопрос в статобработке – что считать дескриптором свойства в схеме выше. Большинство исследователей сходятся на электростатической конфигурации молекулы, 2D (молекулярная электростатическая поверхность) либо 3D (молекулярный электростатический объем), и модель свойства представляет собой максимальную плотность молекулярного совмещения обучающей выборки, например (частный случай 3D), общие точки на поверхности (ключевые точки):

Общие ключевые точки и являются моделью свойства. Все это называется 3D-QSAR.

3. С развитием математических методов (машинное обучение, neuroscience и пр.) методы стат. Обработки уже существующих данных для прогнозирования активности новых структур возродились. Статья ниже показывает использование машинного обучения в графическом анализе структурных данных душистых веществ из двух известных библиотек данных:

Очевидно, что с новыми математическими методами и терминологией идет хорошо забытый 3D-QSAR. Алгоритмы те же, улучшена фильтрация обратной связи.

4. У нас в 2018 году студентами разработан метод статистической обработки комплексов лиганд-белок (см. Приложение), дающий в качестве результата расчетов множества лигандов к одному и тому же белку картинки, где присутствует максимальная плотность вероятности нахождения лиганда (красным), и области (ветвление функционалов), которые индивидуальны и не влияют на модель свойства. Закрашенные области можно считать 3D-моделью свойства, или новой итерацией 3D-QSAR. Метод очень перспективен для уточнения и параллелизации классического докинга.

Приложение (RAR, 936 Кб)

Седьмой семинар от 20.10.22

На данном семинаре Трифонова Елена рассказала о нашем новом проекте. Эмпирически было выявлено, что замена металла в одном распространенном катализаторе, то есть изменение его электронных свойств, приводит к увеличению скорости реакции в десятки раз, давая при этом почти абсолютную стереоселективность продукта. Планируется провести моделирование механизма каталитической активности этого типа катализаторов на примере реакции ГДА. Это позволит в дальнейшем предсказывать высоко-эффективные катализаторы, которые крайне ценятся в современном органическом синтезе и технологии.

Восьмой семинар от 28.10.22

Григорий Степанов рассказал, как пользоваться одной из самых популярных библиотек для хемоинформатики — rdkit. 
Были продемонстрированы несколько вариантов быстрого начала работы с инструментом, включая установку на различные системы и основные методы классов. Кроме того, было показано три кейса использования этой библиотеки в рамках потенциальных исследований.

Презентация прикреплена: 

rdkit (PPTX, 421 Кб) 

Девятый семинар от 11.11.22

11 ноября 2022 г. прошел 9-ный семинар НУГ Молекулярного моделирования. Семинар был посвящен обсуждению применения технологий глубинного обучения для решения фундаментальных и прикладных химических задач. 

Роман Докин и Данис Зарипов представили доклад об использовании нейронных сетей в химии. В рамках доклада был сделан обзор основных задач современной химии, которые могут быть решены с применением технологий глубинного обучения, рассмотрены конкретные кейсы применения нейросетей для, ретросинтетического анализа, построения моделей QSAR и построения функционалов DFT с опорой на статьи, опубликованные в международных журналах. 

Данис и Роман также поделились текущими результатами своего проекта, в рамках которого они занимаются обучением нейросети для параметризации квантовохимического функционала LDA SVWN3. Евгений Епифанов, член НУГ и автор публикации в Science по смежной тематике, предложил внести несколько изменений в архитектуру сети.

Десятый семинар от 24.11.22

24 ноября 2022 г. прошел 10-ный семинар НУГ Молекулярного моделирования. Ломаев Данил рассказал про теорию Маркуса - описание процесса переноса электрона между несвязанными частицами, позволяющее объяснить кинетику реакций внешнесферного переноса электрона. Эта теория может быть также использована для описания процесса переноса электронов в твёрдых телах, важного для прикладных задач.