Perpustakaan Digital ITB

Simulasi dinamika molekul (MD) merupakan salah satu metode komputasi yang esensial digunakan untuk mengamati dinamika sistem molekul pada level atomik dalam rentang waktu tertentu. Metode ini juga umum digunakan sebagai sarana pengembangan obat secara komputasi. Simulasi MD yang berkualitas untuk pengembangan obat sangat bergantung pada akurasi parameterisasi dan preparasi MD, tetapi hingga saat ini belum ada metode untuk melakukan validasi parameter simulasi. Berbagai studi berfokus pada hasil studi, tetapi kurang menekankan tahap preparasi padahal tahap produksi dalam simulasi MD sangat ditentukan oleh kondisi/input awal setelah selesai tahap preparasi. Oleh sebab itu, luaran yang tidak andal dan sulit direproduksi menjadi isu saat ini. Kondisi ini menunjukkan urgensi untuk mengevaluasi faktor-faktor kritis yang berpengaruh pada kualitas simulasi MD. Penelitian ini menyajikan evaluasi faktor kritis yang dapat berpengaruh pada parameterisasi dan preparasi sistem kompleks MD. Faktor yang dievaluasi antara lain kelengkapan struktur 3D protein, perbedaan metode dan parameter minimisasi, pemanasan, dan ekuilibrasi, perbedaan variabel tahap dan durasi peningkatan temperatur sistem, dan perbedaan penggunaan program paralel MPI dan CUDA dalam preparasi sistem. Preparasi dengan beberapa skema dilakukan untuk menentukan efek terhadap profil energi, temperatur, konvergensi, dan kestabilan struktur. Setiap variasi dilakukan secara terpisah dengan iterasi minimal tiga kali untuk menentukan efeknya terhadap reprodusibilitas simulasi. Untuk mendapatkan hasil simulasi dinamika molekul yang baik, protein yang digunakan harus memiliki struktur yang dimodelkan dengan lengkapi untuk mengurangi perubahan bentuk protein. Preparasi sistem diawali dengan penentuan metode minimisasi sistem yang baik. Minimisasi dapat dilakukan dengan baik menggunakan kombinasi metode steepest descent-conjugate gradient sebanyak maksimum 4.000 siklus menggunakan kekangan bertingkat tanpa menggunakan parameter SHAKE. Sistem kemudian dipanaskan hingga mencapai temperatur 310 K. Pemanasan dilakukan dalam tiga tahap dengan target temperatur 100 K, 200 K, dan berakhir pada 310 K. Pemanasan dilakukan total selama 20 ps dengan kekangan pada backbone protein. Sistem kemudian diekuilibrasi sebanyak lima tahap selama 640 ps untuk mencapai sistem yang ekuilibrium. Ekuilibrasi dilakukan bertahap dengan tingkat kekangan berbeda. Dengan demikian, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk mengontrol parameter yang dapat berpengaruh terhadap kualitas simulasi MD. Hasil ini diharapkan mampu mendukung pengembangan protokol simulasi MD yang reprodusibel untuk pengembangan obat dan pemodelan molekul dengan kualitas yang lebih tinggi.