Luận văn thạc sĩ: Phát triển cổng thông tin web cho sàng lọc ảo trên lưới tính toán

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnu uet développement dun portail web pour le criblage virtuel sur la grille de calcul luận văn ths, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

Trường đại học

Institut de la Francophonie pour l’Informatique

Chuyên ngành

Informatique

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Mémoire

2014

79
3
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

1. Introduction

1.1. Problématique

1.2. Notre contribution

1.3. Plan du mémoire

2. État de l’art

2.1. Conception de médicaments in-silico

2.2. Criblage virtuel "Virtual Screening"

2.3. Découverte de nouveaux médicaments avec le criblage virtuel

3. Implémentation

3.1. Architecture du système proposée

3.2. Conception du portail

3.3. Développement du portail du web

3.3.1. Les services web

4. Expérimentation & Résultats

5. Conclusion & perspective

Tóm tắt

I. Tổng quan về phát triển cổng thông tin web cho sàng lọc ảo

Cổng thông tin web cho sàng lọc ảo trên lưới tính toán đang trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, việc xây dựng một nền tảng trực tuyến giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng truy cập và sử dụng các công cụ sàng lọc ảo là rất cần thiết. Cổng thông tin này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình nghiên cứu mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí trong việc phát triển thuốc mới.

1.1. Lợi ích của cổng thông tin web trong nghiên cứu dược phẩm

Cổng thông tin web cung cấp một giao diện người dùng thân thiện, giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng truy cập vào các công cụ sàng lọc ảo. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn tăng cường khả năng hợp tác giữa các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực khác nhau.

1.2. Tầm quan trọng của sàng lọc ảo trong phát triển thuốc

Sàng lọc ảo là một phương pháp hiệu quả để xác định các hợp chất tiềm năng có thể tương tác với các mục tiêu sinh học. Phương pháp này giúp giảm thiểu số lượng hợp chất cần thử nghiệm thực nghiệm, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian trong quá trình phát triển thuốc.

II. Thách thức trong việc phát triển cổng thông tin web cho sàng lọc ảo

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc phát triển cổng thông tin web cho sàng lọc ảo cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự phức tạp trong việc tích hợp các công cụ và dịch vụ khác nhau vào một nền tảng duy nhất. Ngoài ra, việc đảm bảo tính bảo mật và khả năng mở rộng của hệ thống cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét.

2.1. Vấn đề về tích hợp hệ thống

Tích hợp các công cụ sàng lọc ảo khác nhau vào một cổng thông tin duy nhất đòi hỏi phải có một kiến trúc hệ thống rõ ràng và hiệu quả. Điều này có thể gây khó khăn cho các nhà phát triển trong việc đảm bảo rằng tất cả các thành phần hoạt động một cách đồng bộ.

2.2. Tính bảo mật và quyền riêng tư

Bảo mật dữ liệu là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển cổng thông tin web. Các nhà nghiên cứu cần đảm bảo rằng thông tin nhạy cảm được bảo vệ và chỉ có những người có quyền truy cập mới có thể sử dụng các dịch vụ trên cổng thông tin.

III. Phương pháp phát triển cổng thông tin web cho sàng lọc ảo

Để phát triển một cổng thông tin web hiệu quả cho sàng lọc ảo, cần áp dụng một số phương pháp và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng các công nghệ web mới nhất, cùng với các phương pháp phát triển phần mềm linh hoạt, sẽ giúp tạo ra một nền tảng dễ sử dụng và hiệu quả.

3.1. Sử dụng công nghệ web hiện đại

Việc áp dụng các công nghệ web mới như HTML5, CSS3 và JavaScript sẽ giúp cải thiện trải nghiệm người dùng. Các công nghệ này cho phép xây dựng giao diện người dùng thân thiện và tương tác cao.

3.2. Phát triển phần mềm linh hoạt

Áp dụng các phương pháp phát triển phần mềm linh hoạt như Agile sẽ giúp nhóm phát triển có thể thích ứng nhanh chóng với các yêu cầu thay đổi và cải tiến liên tục trong quá trình phát triển cổng thông tin.

IV. Ứng dụng thực tiễn của cổng thông tin web trong nghiên cứu

Cổng thông tin web cho sàng lọc ảo đã được áp dụng trong nhiều nghiên cứu thực tiễn, giúp các nhà khoa học nhanh chóng tìm ra các hợp chất tiềm năng cho các bệnh lý khác nhau. Những ứng dụng này không chỉ giúp tăng cường hiệu quả nghiên cứu mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực dược phẩm.

4.1. Nghiên cứu về bệnh truyền nhiễm

Cổng thông tin đã được sử dụng để phát triển các hợp chất mới cho các bệnh truyền nhiễm như HIV và Ebola. Việc sàng lọc ảo giúp xác định nhanh chóng các hợp chất có khả năng ức chế virus.

4.2. Tìm kiếm thuốc cho các bệnh lý hiếm gặp

Cổng thông tin cũng hỗ trợ trong việc tìm kiếm các liệu pháp cho các bệnh lý hiếm gặp, nơi mà việc phát triển thuốc truyền thống thường gặp nhiều khó khăn.

V. Kết luận và tương lai của cổng thông tin web cho sàng lọc ảo

Cổng thông tin web cho sàng lọc ảo trên lưới tính toán hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu dược phẩm. Với sự tiến bộ của công nghệ, khả năng tích hợp và mở rộng của các cổng thông tin này sẽ ngày càng được cải thiện, mang lại nhiều giá trị cho cộng đồng nghiên cứu.

5.1. Triển vọng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, cổng thông tin web có thể được tích hợp với trí tuệ nhân tạo và học máy để tối ưu hóa quy trình sàng lọc ảo, từ đó nâng cao hiệu quả nghiên cứu.

5.2. Tác động đến ngành dược phẩm

Sự phát triển của cổng thông tin web sẽ có tác động lớn đến ngành dược phẩm, giúp rút ngắn thời gian phát triển thuốc và giảm chi phí, từ đó mang lại lợi ích cho bệnh nhân.

22/07/2025
Luận văn thạc sĩ vnu uet développement dun portail web pour le criblage virtuel sur la grille de calcul luận văn ths công nghệ thông tin

Trích đoạn nội dung tài liệu

Institut de la Francophonie pour l’Informatique Mémoire de fin d’études pour l’obtention du diplôme de Master II Informatique Option : Réseaux et Systèmes Communicants Développement d’un portail web pour le criblage virtuel sur la grille de calcul Promotion 17-RSC Rédigé par : Louacheni Farida Sous l’encadrement de : Dr.Nguyen Hong Quang Dr.Doan Trung Tung Dr.Bui The Quang 20 novembre 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Ce travail de stage de fin d’études a été effectué au sein du Laboratoire MSI à l’Institut de la Francophonie pour l’Informatique, sous la direction du Docteur Nguyen Hong Quang, auquel je tiens à exprimer ma profonde gratitude, et ma vive reconnaissance pour m’avoir confié ce sujet. J’adresse mes plus vifs remerciements au Dr.Doan Tung Tung et Dr.Quang Bui The de m’avoir encadré et prodigué maints conseils. Je suis très reconnaissante à tous les enseignants de l’IFI pour la qualité de l’enseignement qu’ils nous ont offerts. Ma reconnaissance infinie à mes très chers parents qui m’ont enseigné la persévér- ance dans mes études, qui m’ont toujours été d’un grand secours par leur soutient et leur encouragement, ainsi mes adorables soeurs et mon très cher frère et mon ami Yacine-Malek.

Enfin, un immense merci à mes amis qui m’ont toujours soutenue. i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Résumé À l’heure actuelle, la grille de calcul est en train de devenir une force motrice ma- jeure pour de nouvelles approches pour la collaboration de science à grande échelle. Plusieurs programmes nationaux et internationaux eScience ont favorisé la collabo- ration entre chercheurs de différents domaines scientifiques. Dans le domaine biomédicale, plus précisement dans la recherche de nouveaux médicaments pour les maladies infectieuses.

La grille de calcul a initié plusieurs projets à grande échelle dans les approches de criblage de médicaments in-silico. Le projet WISDOM a été parmi les premiers projets dans le domaine public qui a fait usage de la grille tout en permettant le docking in-silico pour simuler l’in- teraction de médicaments potentiels avec des protéines cibles. Le docking in-silico est la première étape dans le processus de criblage virtuel, il est considéré comme l’une des approches les plus prometteuses afin accélérer et de réduire les coûts de développement de nouveaux médicaments pour les maladies négligées. Bien que, de nombreuses applications ont été développées pour permettre le criblage virtuel dont le but d’accélérer le processus de recherche des médicaments.

Une barrière critique de ces programmes est leur complexité en terme d’utilisation et de prévoir des procédures concises pour les utilisateurs réguliers. L’objectif de ce travail est de développer un portail web conviviale pour effectuer le criblage virtuel, et de déployer un très grand nombre de docking sur la grille de calcul. Pour atteindre ce but, la grille de calcul a été utilisé pour accélérer la recherche et la découverte de nouveaux médicaments in-silico et traitements pour les maladies infectieuses. ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract Grid computing is currently developing into a major driving force for new ap- proaches towards collaborative large scale science.

Several national and interna- tional eScience programs have fostered collaboration between researchers from dif- ferent scientific domains. In the biomedical field, more precisely in drug discovery for infectious diseases. Grid computing has initiated several projects on large scale in-silico drug screening approaches. The project WISDOM was amongst the first projects in the public do- main that made use of grid enabled in-silico docking to simulate the interaction of potential drugs with target proteins.

In-silico docking is the first step in the virtual screening process, which is one of the most promising approaches to speed-up and to reduce the costs of the development of new drugs. Although, many applications have been developed to allow in-silico screening, but a critical barrier of these programs is the lack of a suitable, easy, simple way to use and to provide concise procedures for regular users. The main goal of this work is to develop a user-friendly web portal to perform virtual screening and to deploy a large number of docking on grid computing. To achieve this goal, the grid computing was used to accelerate research and discovery of new drugs in-silico for infectious diseases.

iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des matières 1 Introduction 1 1.3 Plan du mémoire. 2 2 État de l’art 3 2.1 Conception de médicaments in-silico .2 Criblage virtuel ”Vitual Screening” .2 Découverte de nouveaux médicaments avec le criblage virtuel .3 Les différentes stratégies du criblage virtuel .4 Criblage virtuel à haut débit .2 Approches du docking .3 Principe du docking .4 Outils de Docking .1 Docking avec AutoDock .5 Grille de calcul .2 Grille de calcul .4 Architecture générale d’une grille de calcul .5 Composants de la grille .6 Fonctionnement de la grille .7 Avantages & Défis de la grille .2 La plate-forme GAP .7 Plate-formes utilisés. 33 i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 Implémentation 37 3.1 Architecture du système proposée .3 Conception du portail .4 Développement du portail du web .1 Les services web. 48 4 Expérimentation & Résultats 52 4.

63 5 Conclusion & perspective 64 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des figures 1 Processus de conception de médicaments in-silico [11]. 4 2 Criblage Virtuel in-silico. 5 3 Docking protéine-ligand. 10 4 Étapes du Docking.

11 5 Illustration de docking/scoring [6]. 12 6 Comparaison des programmes de docking [16]. 13 7 Procédures de docking avec AutoDock. 15 8 La grille de calcul.

19 9 Couches de la grille de calcul. 21 10 Architecture de grille de calcul [10]. 27 12 Architecture Service de criblage virtuel GAP (GVSS) [7]. 35 16 Architecture du système proposée.

38 17 Workflow soumission de job sur la grille avec Taverna. 39 18 Diagramme de classe du portail web. 42 19 Cas d’utilisation pour le Ligand. 43 20 Cas d’utilisation pour la Protéine.

44 21 Cas d’utilisation pour les paramètres de grille. 45 22 Cas d’utilisation pour le docking. 46 23 Cas d’utilisation pour l’administrateur du portail. 47 24 Modèle MVC.

48 25 Description des services web implémentés. 49 26 Workflow des services web du portail. 51 27 Interface d’accueil du portail web. 52 28 Interface de création d’un nouveau compte.

53 30 Interface de gestion des utilisateurs. 54 31 Interface d’ajout d’un nouveau Ligand. 54 32 Interface de liste des Ligands disponibles. 55 33 Interface de gestion des protéines.

55 34 Interface de modification d’une protéine. 56 35 Interface d’ajout de fichier de paramètres de la grille. 56 36 Interface d’ajout d’un nouveau projet de docking. 57 37 Vérification d’ajout du nouveau projet.

57 38 Soumission de job de docking. 58 39 Téléchargement du résultat de docking. 58 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 40 Fichier log de docking ”dlg”. 59 41 Soumission du projet de docking ProjectZinc1OKE.

59 42 Téléchargement du résultat de docking. 60 43 Enregistrement du résultat du job sur la grille de calcul. 60 44 Les fichiers dlg & glg du docking. 60 45 Les fichiers log de docking et de la grille dlg & glg.

61 46 Téléchargement du résultat des jobs. 62 47 Les fichiers des jobs soumis en parallèle. 63 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1 Introduction Par le passé, un grand nombre de médicaments ont été découverts tout simplement grâce à l’identification de principes actifs extraits de substances naturelles historiquement utilisées dans la médecine non-conventionnelle, ou même par hasard, ce qu’on nomme ”sérendipité”. Mais plus le nombre de médicaments connus augmente et plus les probabi- lités de faire une telle découverte sont faibles.

Par la suite, les avancées dans le domaine de la synthèse chimique ont conduit à une démarche de recherche systématique permet- tant l’élaboration de nouveaux médicaments de plus grande efficacité. La découverte de nouveaux médicaments ”drug discovery” est un processus extrêmement long et fastidieux, 12 à 15 ans peuvent s’écouler entre la découverte de la molécule et la mise à disposition du médicament auprès des patients. Les nouvelles méthodes permettant la découverte de nouveaux médicaments se doivent donc d’innover afin de mettre en évidence des molécules encore inconnues ayant un certain potentiel d’activité sur des cibles biologiques connues [Davis et al,2003]. Les outils mis en place doivent être capables de guider les chimistes médicinaux dans le choix des molécules à cribler et à synthétiser.

Les stratégies de criblage virtuel, ou in-silico, sont donc depuis quelques années employées en tant qu’alternative ou de façon complémentaire. Ces techniques sont en général assez faciles à mettre en place, pour un coût bien moindre que les criblages expérimentaux. De plus, l’évolution technologique constante de ces dernières décennies a permis d’accélérer considérablement le temps de calcul nécessaire à la simulation de systèmes complexes ou de bases de données de plusieurs milliers de molécules. Le criblage virtuel est donc aujour- d’hui employé dans de nombreux projets, afin de sélectionner, au sein de vastes librairies de molécules, un nombre restreint de composés à cribler expérimentalement.1 Problèmatique L’axe principal de ce travail se situe dans le domaine de bio-informatique.

Plus précisement dans la recherche et la découverte de nouveaux médicaments pour les maladies dangereuses comme : HIV, Ebola, fièvre de dengue,., par le biais de techniques informatiques. Le défi se situe au niveau de la conception de nouveaux médicaments, qui est un processus long et très onéreux, et au niveau du déployement d’un grand nombre de docking sur la grille de calcul. Cependant, les outils existants sont en manque de moyen simple pour fournir des procédures concises pour les utilisateurs réguliers (biologistes, chimistes, etc) afin d’ar- ranger les ressources pour mener un amarrage moléculaires massif. Par conséquent, ces derniers rencontrent plusieurs difficultés et problèmes lors de l’utilisation de ces applica- tions, ce qui entraı̂ne une grande perte de temps et d’argent afin d’accélérer la recherche de nouveaux traitements pour les maladies négligées.

1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Notre contribution Notre contribution repose sur le développement d’un portail web pour le criblage vir- tuel en utilisant la grille de calcul pour faciliter la découverte et la recherche de nou- veaux médicaments pour les maladies graves et négligées. Nous proposons une interface conviviale et facile à utiliser pour les utilisateurs non-expérimentés (chimistes, biologistes, médecins.) en informatique et en grille de calcul. Afin de favoriser l’intéropérabilité entre le portail web et les services de grille de calcul, nous proposons une architecture qui permettra une analyse et un traitement fiable des requêtes des utilisateurs finaux.3 Plan du mémoire Ce mémoire sera organisé en 4 parties présentant respectivement : l’état de l’art, implément- ation & conception, démonstration & résultats, conclusion & perspectives. Dans la première partie, un état de l’art est présenté qui passe en revue le criblage virtuel, le docking, suivie de l’outil AutoDock.

Ensuite nous abordons la technologie de grille de calcul, le portail GVSS et les plate-formes WISDOM qui est déployée dans la découverte de nouveaux médicaments et DIRAC. La deuxième partie du mémoire présente l’implémentation du portail, qui se focalisera sur l’architecture proposée, la conception et l’implémentation du portail. L’avant dernière partie porte sur la démonstration du portail muni des résultats obtenus. À la fin, ce mémoire ce termine par une conclusion générale et quelques perspec- tives.

2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 État de l’art Aujourd’hui, les projets scientifiques produisent et analysent une quantité d’information sans précédent, ce qui nécessite une puissance de calcul jamais vue auparavant. Les lea- ders dans ce défi de traitement de données sont les expériences du LHC au CERN, qui accumulent des dizaines de pétaoctets de donnés chaque année. Cependant, il se révèle que d’autres domaines scientifiques s’approchent aussi de ces limites.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trong vai trò của một chuyên gia SEO, tôi xin tóm tắt và mở rộng về tài liệu "Phát triển cổng thông tin web cho sàng lọc ảo trên lưới tính toán" để mang lại giá trị tối ưu cho bạn đọc.

Tài liệu này đi sâu vào việc xây dựng một cổng thông tin web mạnh mẽ, được thiết kế đặc biệt để thực hiện các quy trình sàng lọc ảo phức tạp. Điểm nổi bật là việc tận dụng sức mạnh vượt trội của lưới tính toán (grid computing), cho phép xử lý một lượng lớn dữ liệu và các thuật toán chuyên sâu một cách hiệu quả. Độc giả sẽ nắm bắt được các kiến trúc công nghệ tiên tiến, quy trình phát triển và những thách thức cần vượt qua khi xây dựng một hệ thống tính toán khoa học quy mô lớn. Lợi ích then chốt mà tài liệu mang lại là khả năng ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như khám phá thuốc, khoa học vật liệu, nơi việc sàng lọc hàng ngàn hoặc hàng triệu hợp chất tiềm năng là cực kỳ quan trọng, đồng thời mở ra cánh cửa tiếp cận các công cụ tính toán cao cấp thông qua một giao diện web thân thiện.

Để đào sâu kiến thức và khám phá các khía cạnh liên quan, bạn có thể tìm hiểu thêm về nền tảng dữ liệu cho quy trình sàng lọc ảo qua tài liệu Luận văn thạc sĩ bước đầu xây dựng cơ sở dữ liệu các hợp chất thiên nhiên việt nam phục vụ cho việc sàng lọc ảo. Tài liệu này cung cấp cái nhìn chi tiết về cách thức xây dựng kho dữ liệu quan trọng, vốn là xương sống cho mọi hoạt động sàng lọc. Hoặc nếu bạn quan tâm đến việc tối ưu hóa hiệu suất tính toán song song – một yếu tố cốt lõi giúp lưới tính toán đạt được sức mạnh xử lý ấn tượng – hãy khám phá Luận văn thạc sĩ hus thiết kế nhân ma trận thưa với véctơ trong tính toán song song và ứng dụng luận văn ths toán học 60 46 35. Mỗi liên kết này sẽ mở ra những góc nhìn chuyên sâu, giúp bạn xây dựng kiến thức toàn diện về các hệ thống tính toán khoa học và ứng dụng đa dạng của chúng.