Методы и алгоритмы визуализации структурных и динамических данных, характеризующих макромолекулярные структуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, кандидат наук Филиппов, Сергей Валерьевич

• Филиппов, Сергей Валерьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Филиппов, Сергей Валерьевич

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1 .ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Визуализация в реальном масштабе времени

1.1.1 .Молекулярные модели

1.1.1.1 .RasMol и OpenRasMoi

1.1.1.2.WebLab ViewerPro

1.1.1 J.Visual Molecular Dynamic (VMD)

1.1.1.4.Программный комплекс PyMol

1.1.1.5.Общие выводы по программам молекулярной графики

1.1.2.Визуализация ЗО-функцнй

1.1.2.1 .Визуализация 3D функций с использованием 3D API

1.1.2.2.VolVis

1.1.2.3 -AVS /EXPRES S

1.2. Высококачественная (пакетная) визуализация

1.2.1.Высококачественная Визуализация молекулярных моделей

1.2.1.1.PDBImp в среде 3D Studio МАХ

1.2.1.2.Atomic Blender и Bioblender

1.2.1.3.PDB plug-in Jyrki Hokkanen в среде OY Realsoft 3D

1.2.2.Пассивная организация молекулярных моделей

1.2.3.Визуализация ЗО-функций в ЗО-редакторах общего назначения

1.2.3.1 .Jyrki Hokkanen VolData в среде OY Realsoft 3D

1.2.3.2.Визуализация ЗО-функций среде Blender

1.3. Выводы по обзору литературы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНФОРМАЦИОННЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДУПЛЕКСОВ ДНК МЕТОДОМ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕО КОНФОРМАЦИОННОЕО АНАЛИЗА

2.1. Моделирование низкоэнергетических копформаций нативного дуплекса ДНК для исследований изменения конформации и стабильности двойной спирали ДНК при генотоксической модификации оснований

3 .МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МОДЕЛЕЙ

3.1. Предпосылки для разработки методов и реализующей их программы. Постановка задачи

3.2. Реализация разработанных методов визуализации в программе MolWorld

3.2.1 .Практика применения MolWorld для визуализации объектов и процессов молекулярной биологии

3.2.1.1.Динамическая визуализация переноса заряда в ДНК

3.2.1.2.Динамическая визуализация липопротеиновой частицы

4.МЕТОД «АКТИВНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МОДЕЛИ» И ЕЕО РЕАЛИЗАЦИЯ В ИРОЕРАММЕ PDBTools

4.1. Программа построения молекулярных моделей - PDBTools

4.1.1.реализация элементов концепции «Активной молекулярной модели» в первом приближении

4.1.1.1.Alias|wavefront Maya в качестве среды для построения структурированных

молекулярных моделей

4.1 Л.2.Автономная программа рендеринга - Exluna BMRT

4.1.2.Структура и основные свойства PDBTools

4.1.2.1.Управляющий интерфейс программы PDBTools

4.1.2.2.Возможности программы PDBTools по построению «активных» молекулярных моделей

4.2. Практическое использование программы PDBTools

4.2.1.Визуализация липопротсиповои частицы с помощью PDBTools и системы рендеринга BMRT v.2.6

4.2.2.визуализация в среде Alias|wavefront maya конформационной динамики молекулярных моделей, построенных программой PDBTools

4.2.2.1.Визуализация расчега молекулярной динамики ферредоксина Peptococus aerogenes

4.2.2.2.Визуализация копформациоппых изменений геранил-геранил трансферазы

5.РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ И ХАРАКТЕРА ГИДРАТАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МОДЕЛИ С ПОМОЩЬЮ РАСЧЕТОВ ДОСТУПНЫХ

РАСТВОРИТЕЛЮ ОБЪЕМОВ

5.1.1.Программа расчета доступных растворителю объемов - AccVol

6.ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЗО-ФУНКЦИЙ

6.1. Программа построения молекулярных моделей и ЗО-функций - VOXEL

6.1.1 .Алгоритм визуализации трехмерных функций

6.1.2.Цифровая обработка данных дискретных функций трех переменных

6.1.3.Алгоритм визуализации биологических макромолекул

6.1.4.Программиая платформа — Cinema 4D

6.2. Практика применения программы VOXEL для визуализации объектив и процессов физико-химической биологии

6.2.1.Динамическая Визуализация механизма протонного транспорта в кристалле гидроксиапатита

6.2.2.Визуализация ЗО-функций программой Voxel

7. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО

МАГНИТНОЙ ЭНЦЕФАЛОГРАФИИ

8 .ЗАКЛЮЧЕНИЕ

9.ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы визуализации структурных и динамических данных, характеризующих макромолекулярные структуры»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Визуализация научных данных — один из наиболее широко распространенных методов, применяемых современными исследователями. Особую роль играет визуализация в молекулярной биологии, объекты исследования которой характеризуются большой сложностью и недоступностью для прямого наблюдения. Справедливость вышесказанного подтверждается большим количеством программных пакетов, предназначенных для визуализации молекулярных моделей, например, RasMol, PyMol, VMD, Swiss-PdbViewer и многие другие. Разносторонний характер данных, подлежащих отображению диктует необходимость в разнообразных способах представления информации. Существующие пакеты молекулярной графики во многих случая недостаточно адекватно и эффективно предегавляюг структуры и формы биологических систем и тем более, протекающих в этих системах процессов.

С другой стороны, универсальные пакеты 3D графики не достаточно хорошо приспособлены для визуализации научных данных, но при этом адекватно представляют решения многих технологических задач. Данное ограничение этих пакетов 3D-графики преодолевается с помощью добавления к ним программных модулей (plug-in). Примеры таких программных модулей уже существуют для многих 3D-редакторов, например, PDBImp для 3D Studio MAX, PDB by Jyrki Hokkanen для Realsoft 3D и Atomic Blender. В настоящее время эти программные модули используют лишь малую часть математического аппарата 3 D-редакторов.

Таким образом, сохраняется актуальность задачи по разработке методов, алгоритмов и программ, предоставляющих исследователю специализированные инструменты для работы с молекулярными моделями.

Поэтому целью нашей работы является разработка методов и алгоритмов визуализации, которые будут дополнять и расширять границы применимости существующих методов визуализации и будут полезны при решении широкого круга задач клеточной и молекулярной биологии.

Цел« диссертационной работы:

• Разработка методов и программных средств, которые интегрируют численные и аналитические методы представления структур и форм макромолекул и макромолекулярных систем.

• Исследование конформационных возможностей нативиых дуплексов ДНК методом теоретического конформационного анализа.

• Разработка нового метода быстрой оценки степени гидратации макромолекул.

• Разработка методов и программных средств визуализации ЗЭ-даппых, характеризующих структуры и свойства макромолекул и макромолекулярных систем.

• Визуализация параметров и величин описывающих динамику макромолекул и макромолекулярных систем.

Научная новизна и практическая значимость диссертационной работы

Методом теоретического конформационного анализа и расчета стерически доступных поверхностен гидрофильных атомов выполнено исследование конформационных возможностей моделей нативных олигонуклеотидных дуплексов ДНК с чередующейся пурин-пиримидпновой последовательностью. Эти последовательности очень часто встречаются в геномах многих организмов и направляют ход регуляции генной экспрессии. Поэтому изучение их конформационных особенностей и их физико-химических свойств является актуальной задачей.

Нами были разработаны методы и программный комплекс (PDBTools и VOXEL) для построения и визуализации молекулярных моделей, который интегрирует численные и аналитические методы представления структур и форм макромолекул и макромолекулярных систем.

Предложен метод и реализующая его компьютерная программа AccVol для быстрой и эффективной оценки в первом приближении степени и характера гидратации биологических макромолекул на основе расчета доступного растворителю объема. Метод был применен для решения задачи о конформациях дуплекса ДНК содержащего участки poly(dG):poly(dC).

Нами были также разработаны алгоритмы и реализующие их компьютерные программы: MolWorld, PDBTools, VOXEL для построения трехмерных моделей биологических макромолекул в среде графических программных пакетов ЗО-моделирования, анимации и визуализации, что позволило качественно улучшить графическое представление молекулярных моделей и выполнять визуализацию их конформационной динамики.

Были разработаны методы и средства синхронизированного и совмещенного показа разнородных по своей природе научных данных.

Разработан метод и программный комплекс VOXEL, позволяющий в среде Cinema 4D визуализировать 3D- и динамические характеристики макромолекул.

Апробация работы

Результаты работы были представлены rra И открытой городской научной конференции молодых ученых города Пущино, 1997; IV Путинской конференции молодых ученых, Пущино, 1999; семинаре ИМПБ РАН, 2008, двух семинарах на кафедре биофизики биологического факультета МГУ, 2008; 16-й Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых, Пущино, 2012; rra двух семинарах в ИТЭБ РАН, 2013; на семинаре ВЦ РАН, 2013.

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 20 научных работах: из них в рецензируемых международных журналах - 2 статьи, в рецензируемых российских журналах - 3 статьи, из них по списку ВАК - 3 статьи, в сборниках - 2 статьи, а также в материалах 14 научных конференций.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

К настоящему времени можно считать устоявшимся мнение о синонимичности понятий научная компьютерная графика и трехмерная (ЗО) компьютерная графика. Во-первых, трехмерное представление объектов исследования является абсолютно естественным в контексте естественнонаучных дисциплин. Во-вторых, именно такое представление особо ценно для исследователя. Соответственно, практически все усилия работающих в области визуализации научных данных, так или иначе, направлены на разрешение проблем объемного представления информации.

В последнее время ввиду экстремально сильного развития аппаратных средств вычислительных машин (которые, фактически, являются средой существования компьютерно-графических программ и данных), а так же алгоритмической основы компьютерной графики стало возможным повсеместное создание научной графики, демонстрирующей сколь угодно сложную динамику исследуемых процессов в том числе и в виде анимационных последовательностей. Однако, несмотря на важную конечную роль анимации, ей, тем не менее, все же принадлежит второстепенная роль. На первом месте, безусловно, стоят проблемы представления объектов в трехмерном пространстве. Иными словами - проблемы построения трехмерных моделей объектов исследования.

Принято выделять два основных подхода к визуализации данных, представленных трехмерными моделями. Различаются они главным образом способом представления моделей в трехмерном пространстве.

Первый, получивший наибольшее распространение в настоящее время - метод полигональных моделей [1]. Суть данного метода состоит в том, что поверхность объекта аппроксимируется псвьтпуклыми многоугольниками, главным образом треугольниками и реже четырехугольниками. Существенным преимуществом этого метода является относительная простота реализации основных операций по трансформации геометрии объекта и растеризации составляющих его примитивов на аппаратном уровне. Подтверждением этому может служить невероятно быстрый рост индустрии графических ускорителей, первое поколение которых отвечало лишь за растеризацию геометрических примитивов, а последнее поколение практически

полностью берет на себя весь конвейер визуализации, включая расчет свойств поверхностей моделируемых объектов (материалов) и освещение. Неотъемлемой частью технологий визуализации информации, представленной 3D моделями является Интерфейс Прикладных Программ (Application Program Interface - API), позволяющий не только стандартизировать и абстрагировать от аппаратуры прикладную программу, но и существенно упростить её разработку за счёт реализации набора часто используемых алгоритмов в программных библиотеках, которые в свою очередь могут использовать низкоуровневые команды, исполняемые специализированной аппаратурой, в частности, видеоадаптером. Вследствие наиболее широкого распространения и большей универсальности, методы визуализации полигональных моделей имеют устоявшийся и хорошо отработанный API. По ряду причин (среди которых: высокий уровень независимости от аппаратуры и операционной системы, большая гибкость и расширяемость стандарта, обеспечивающая соответствие текущему уровню развития технологий трехмерной графики), наибольшее распространение и всеобщее признание получил API - OpenGL.

Как уже было сказано выше, область применения методов аппроксимации поверхности моделируемого объекта полигонами невероятно широка. Для научной графики такой метод представляет интерес, прежде всего там, где визуализируемые объекты представляют собой структуры, имеющие четкие границы в пространстве. Ярким примером может служить визуализация молекулярных моделей, где атомы или группы атомов могут быть представлены геометрическими фигурами без необходимости отображения внутренней структуры каждой из них [2].

Второй метод, получивший название метода визуализации объемов, основан на представлении фрагмента трехмерного (3D) пространства, содержащего в себе объект, посредством разбиения его трехмерной сеткой на массив элементарных частей пространства, называемых вокселями (Voxel, от Volume Pixel)[16-17], Каждый из таких фрагментов имеет два состояния: принадлежность объекту и принадлежность "пустому пространству". В свою очередь, воксели, составляющие объект могут иметь ряд атрибутов, таких как: цвет, степень прозрачности, коэффициент преломления и т.д. и т.п. Как не сложно заметить, этот метод обладает невероятной гибкостью и точностью передачи не только формы объекта, но и его внутренней структуры, поскольку

максимально приближен к "реальности". Однако, у этого метода есть и ряд существенных недостатков. Одним из наиболее существенных является огромное количество оперативной памяти, требуемое для хранения фрагмента пространства, содержащего визуализируемый объект. А с ростом детализации представления объекта растут требования к объему памяти в геометрической прогрессии. И если количество памяти в существующих на данный момент времени образцах вычислительной техники легко нарастить до объемов, заведомо превышающих разрешающую способность дисплеев (иа которые, в конечном счете, проецируется трехмерное представление объекта), то мощности современных процессоров очень далеки от того чтобы обрабатывать такие потоки данных в реальном времени. Конечно, существуют методики "компрессии" таких данных, наибольшее распространение из которых получил метод восьмеричных (октантных) деревьев [20]. Однако, применение любой из них негативно сказывается на и без того низкой скорости визуализации. Из вышесказанного явно виден второй недостаток такого метода визуализации - невысокая скорость работы вексельных программ и как следствие - невозможность получения изображений максимально высокого качества, сравнимого с тем, которого удается добиться использованием полигональных моделей. Кроме того, для данного метода пока что нет сколь либо пригодных для практической реализации методик создания анимационных последовательностей.

Тем не менее, вексельному представлению данных нет альтернативы во многих областях науки. Так, например, медицинские томограммы, представляющие собой трехмерные массивы данных о плотностях фрагментов пространства, являются по сути нативными вексельными моделями [3]. Часть недостатков, присущих воксельному методу визуализации многие исследователи пытаются решить с помощью многочисленных алгоритмов сегментации - процесса разделения объемных пикселей по принципу принадлежности их той или иной субъединице трехмерной воксельной модели. Но на данном этапе развития науки можно с полной уверенностью сказать, что не существует надежного с высокой степенью повторяемости результатов метода сегментации воксельных моделей.

Сегментация является сложной и совершенно самостоятельной задачей, и выходит за рамки обсуждаемых в данной работе проблем, но поднимает вопрос о совмещенном

представлении двух разных типов представления трехмерных моделей: полигональных и вексельных. Причем, совмещенная визуализация, безусловно, представляет особую ценность вне контекста сегментации, а в контексте совмещения двух и более принципиально разных по характеру типов данных. В данном вопросе наиболее заметны две проблемы: точное совмещение представленных вокселями и полигонами объемов (приведение их к единой шкале размернос!ей и т.п.), а так же выбор алгоритма, способного одинаково хорошо визуализировать и полигональные, и воксельные модели. Одним из таких алгоритмов может являться метод обратной трассировки лучей, выделяющийся среди большого количества алгоритмов рендеринга трехмерных сцен высочайшей степенью универсальности.

1.1. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ

Выше неоднократно было сказано о визуализации в реальном масштабе времени. Несмотря на общеупотребительный характер этого понятия, его количественное выражение можег сильно отличаться в зависимости от области знания, в которой оно используется. Применительно к компьютерной графике это означает частоту смены изображений (кадров), демонстрирующих объект или процесс в диапазоне комфортных для восприятия человеком значений. Общепризнанной является частота 25 Гц. Увеличение этого значения может незначительно улучшить качество восприятия динамичного видеоряда, а вот даже незначительное уменьшение способно очень сильно ухудшить или даже затруднить восприятие синтезированного компьютером изображения. Соответственно, визуализация в реальном масштабе времени предполагает, что все расчеты визуализируемой сцепы могут быть завершены за время, равное периоду между двумя последовательными кадрами видеоряда. Такой характер должен иметь видеоряд, важнейшим требованием, предъявляемым к которому, является интерактивность.

В молекулярной и структурной биологии наиболее востребованным и потому широко распространенным классом визуализирующего программного обеспечения (ПО) являются программы, которые обобщенно можно назвать редакторами молекулярных

моделей. Первичной задачей этих программ, естественно, является интерактивная (обеспечивающая как минимум элементарный набор стандартных трансформаций в трехмерном пространстве) визуализация молекулярных моделей. Набор второстепенных функций может быть очень широк. Это могут быть измерения таких параметров, как длины межатомных связей, валентные и торсионные углы, заряды и многое другое. Кроме того, такие программы часто снабжаются модулями расчета молекулярных конформаций, динамики и т.п.

1.1.1. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МОДЕЛИ

В настоящее время уже устоялась система обозначений, принятая для построения трехмерных молекулярных моделей. Это всем хорошо известные обозначения атома в виде сферы, а межатомной связи в виде цилиндра или линии, соединяющей центры сфер связанных ковалентной связью атомов. Однако, для визуализации моделей биологических макромолекул такая система обозначения чаще всего излишне подробна и слишком громоздка, поскольку число атомов в биологических макромолекулах чаще всего исчисляется десятками тысяч. Помимо очевидной сложности, которую представляют такие модели для отображения их в реальном масштабе времени даже для современных вычислительных машин, оснащенных высокопроизводительной графической подсистемой, эти модели крайне неудобны для восприятия. Поэтому в молекулярной биологии очень часто принято схематически отображать некоторые структурные элементы молекул. Например, такие элементы вторичной структуры белков, как а-спирали часто отображают цилиндрическими стрелками или спиралями, а р-слои плоскими стрелками.

1.1.1.1. КаэМо! и Орег^авМо!

Эта, свободно распространяемая программа является одной из самых известных в среде исследователей, занимающихся проблемами структурной биологии. Ее отличает

развитый набор функций визуализации, хорошая скорость работы, компактный размер и многое другое [4, 18]. В данной работе RasMol использовался как образец программы, вобравшей в себя основные приемы визуализации молекулярных моделей и инструментов для работы с ними.

Основным входным форматом входных данных для этой программы является PDB (Protein Data Bank).

Данная программа предлагает своему пользователю 8 типов представления молекулярных моделей:

Wireframe - скелет молекулярной модели. Тонкими линиями отображаются лишь связи между атомами;

Backbone - остов молекулярной модели. В этом режиме, например, для молекулы ДНК отображается лишь сахаро-фосфатный остов;

Sticks - скелет молекулярной модели, аналогичный режиму wireframe, отображаемый цилиндрическими линиями;

Spacefill - отображаются сферы атомов, с радиусами, пропорциональными Ван-дер-Ваальсовым;

Ball & Stick - классическая шаросгержневая модель;

Ribbons - тонкие плоские ленты, имеющие конфигурацию, соответствующую общепринятым формам для обозначения вторичных структур биологических макромолекул;

Strands - режим отображения, полностью аналогичный предыдущему, но ленты представлены пятью тонкими линиями;

Cartoons - режим схематического отображения элементов вторичной структуры биологических макромолекул. Отображаемые элементы объемные.

Эта программа поддерживает одновременную работу с несколькими молекулярными моделями, каждая из которых может быть отображена одним из вышеперечисленных способов представления.

Очень важным параметром любой программы, визуализирующей молекулярные модели, является набор методов цветового кодирования свойств структурных элементов отображаемой молекулы. RasMol предлагает пользователю 10 цветовых схем,

базирующихся на разных свойствах молекулы. Ниже перечислены наиболее характерные и информативные с точки зрения «навигации» по молекулярной модели:

СРК - эта цветовая схема раскрашивает отдельные атомы согласно принятым цветовым обозначениям для отображения химических элементов;

Chain - в этом режиме отдельными цветами обозначаются цепочки атомов, связанных ковалентными связями;

Group — эта цветовая схема окрашивает каждую цепочку связанных ковалентными связями атомов цветовым градиентом. Для нуклеиновых кислот, например, в этом режиме удобно идентифицировать 5' и 3' концы цепочек;

Structure - в этом режиме отдельными цветами окрашиваются элементы вторичной структуры биологических макромолекул.

Из вышесказанного следует, что RasMol считывает из PDB-файла данные о вторичной структуре макромолекул, но межатомные связи «расставляет» самостоятельно, что являет полезным свойством для такого рода программ.

Одной из важнейших характеристик рассматриваемой программы является платформонезависимость. Существуют версии RasMol, практически для всех наиболее широко распространенных операционных систем. Однако, данное обстоятельство обуславливает и ряд существенных недостатков этой программы. Прежде всего, из соображений переносимости в RasMol используется собственный программный растеризатор. А поскольку в последнее время получили повсеместное распространение аппаратные графические ускорители, поддерживающие два стандартных API - OpenGL и DirectX, то данная программа лишена возможности использовать вышеназванные программно-аппаратные ресурсы современных вычислительных систем. Острее всего этот недостаток проявляется при работе с моделями больших макромолекул. Так, например, при визуализации белкового комплекса Фотосистемы I Цианобактерий [5-8] в программе RasMol наблюдались ощутимые запаздывания реакции на действия пользователя, в то время как при визуализации той же самой молекулярной модели на той же вычислительной машине (оснащенной графическим ускорителем ATI Radeon Х850 XT), но уже в программе VMD [9], использующей для отображения трехмерных моделей OpenGL API скорость была реакции была заметно выше. Кроме того, качество

получаемого в этой программе изображения с позиции современного пользователя можно охарактеризовать как весьма низкое.

Немаловажную роль в списке возможностей любой графической программы имеет интерфейс пользователя. 11а8Мо1 оснащена самыми простыми средствами навигации в трехмерном пространстве, позволяющими с помощью манипулятора типа «мышь» в комбинации со служебными клавишами выполнять простейшие трансформации (поворот, перенос, масштабирование) активной молекулярной модели. Для таких операций как выбор цветовой схемы, типа представления молекулярной модели, файловых операций, некоторых настроек программы и сервисных функций предусмотрено главное меню. Важной частью иггтерфейса ЯазМо!, доступной из главного меню является возможность мониторинга некоторых параметров молекулярной модели, таких как валентные и торсионные углы, расстояния между атомами и длины связей и некоторые другие. К сожалению, в единицу времени можно отслеживать лишь один из параметров. Однако, все расширенные операции но работе с молекулярной моделью в вышеназванной программе реализованы посредством интерфейса командной строки.

Последнее обстоятельство заметно снижает ценность рассматриваемой программы в качестве инструмента по работе с РВВ-файламн и ограничивает использование КайМо! лишь в качестве средства быстрой визуализации молекулярной модели в реальном масштабе времени.

К числу значимых недостатков этой программы так же можно причислить невозможность создания какой-либо анимации, демонстрирующей молекулярные процессы.

Ввиду того, что программа имеет свой собственный растеризатор, отвечающий нуждам представления исключительно трехмерных молекулярных моделей, в ней отсутствует полигональное представление трехмерных сцен. Данное ограничение не позволяет экспортировать созданные в К.аяМо1 трехмерные молекулярные модели и таким образом использовать для высококачественной визуализации внешние программы рендеринга. Это же обстоятельство не позволяет компенсировать полное отсутствие встроенных средств создания анимационных последовательностей, демонстрирующих

происходящие на молекулярном уровне процессы средствами сторонних трехмерных редакторов.

1.1.1.2. WebLab ViewerPro

WcbLab Viewer является одним из широко распространенных представителей коммерческих программ для визуализации молекулярных моделей в реальном масштабе времени [10]. Данную программу отличает высокое качество реализации всех заявленных функций. В отличие от RasMol, эта программа написана для платформы Win32, что позволяет ей гораздо полнее использовать все программно-аппаратные ресурсы современных вычислительных систем, в частности, - OpenGL API.

Интерфейс программы хорошо продуман и интуитивно понятен. Варианты представления молекулярных моделей в целом напоминают таковые у RasMol, свидетельствую я том, что система «условных обозначений» теоретической молекулярной биологии устоялась. Программа позволяет удобно комбинировать различные графические представления групп атомов в рамках одной молекулярной модели.

WcbLab ViewerPro обладает возможностью построения трех типов поверхностей: сглаженной, Ван-дер-Ваальсовой и, наиболее интересной, - доступной растворителю. Последняя рассчитывается по уже устоявшемуся алгоритму «обкатывания» молекулы сферой заданного радиуса [11-13]. Кроме того, программа обладает минимальными возможностями создания динамических визуализаций по серии однотипных координатных файлов, содержащих изменяющиеся координаты атомов. Несмотря на весьма высокое качество изображения, получаемое в программе с помощью OpenGL API, WebLab ViewerPro может использоваться для экспорта построенной им молекулярной модели в один из двух форматов: в виде сцен для внешней программы рендеринга методом трассировки лучей POV-Ray, а так же в виде сцен в формате VRML, пригодных для прямой публикации молекулярной модели в сети Internet. Последний формат помимо всего прочего воспринимается большинством трехмерных редакторов в качестве входного формата.

Так же рассматриваемая программа имеет возможность мониторинга некоторых параметров молекулярных моделей (длины связей, межатомные расстояние, валентные и торсионные углы). Все они отображаются в удобной форме непосредственно на молекулярной модели. Причем, в отличие о г RasMol, отслеживать можно одновременно любое число произвольных параметров из числа доступных.

Несмотря на название программы, WebLab ViewerPro предназначен не только для просмотра файлов молекулярных моделей, но и для создания и редактирования молекулярных моделей. Для этого в него встроены простые средства редактирования молекулярных моделей, а для помощи в построении моделей «вручную» предусмотрен инструмент выравнивая молекулярной структуры.

К сожалению, возможности визуализации конформациопной динамики, в этой программе так же очень сильно ограничены. Она не позволяет визуализировать комплексные процессы, происходящие на молекулярном уровне.

1.1.1.3. Visual Molecular Dynamic (VMD)

Эта современная, свободно распространяемая и довольно динамично развивающаяся программа [14-15] вобрала в себя многие лучшие черты ранее рассмотренных программ. По сравнению с вышеописанными программами, VMD обладает едва ли не самым широким набором вариантов представления молекулярных структур, цветовых схем и возможностей комбинировать все это в любых сочетаниях. Ко всему прочему, программа предоставляет пользователю возможности по созданию собственных цветовых схем, редактирования свойств материалов и других параметров отображения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Филиппов, Сергей Валерьевич, 2014 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Шикин Е.В., Боресков Л.В. Компьютерная графика. Полигональные модели. -М.: Диалог-МИФИ, 2000. - 464 с.

2. Филиппов С.В., Соболев Е.В. Использование технологий профессиональной компьютерной графики для визуализации результатов научных исследований / Лахно В.Д., Устинин М.Н. // Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии: В 2-х частях. - М.Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. ч.2, гл.8, стр. 476-497.

3. Поммерт А., Пфлессер Б., Риемер М., Шиеманн Т., Шуберт, Тиеде В., Хон К. X. Визуализация объема в медицине // Открытые системы, No 5, 1996.

4. Sayer R. RasMol v2.5 A Molecular Visualisation Programm: user manual, 1994.

5. Klukas O., Schubert W.D., Jordan, Krauss N., Fromme P., Witt H.T., Saenger W. Photosystem I, an improved model of the stromal subunits PSAC, PSAD and PSAE // J.Biol.Chem. v. 274, 1999, p.7351.

6. Klukas O., Schubert W.D., Jordan P., Krau N„ Fromme P., Witt H.T., Saenger W. Localisation of two philloquinones, QK and QK', in an improved electron density map of Photosystem I at 4-A resolution // J.Biol.Chem. v. 274, 1999. p.7361.

7. Schubert W.D., Klukas O., Krauss N„ Saenger W„ Fromme P., Witt H.T.. Photosystem I of synechococcus elongatus at 4 A resolution: comprehensive structure analysis//J.Mol.Biol. v.272, p.741, 1997.

8. Krauss N., Schubert W.D., Klukas O., Fromme P., Witt H.T., Saenger W. Photosystem I at 4A resolution represents the first structural model of a joint photosynthetic reaction center and core antenna system // Nat.Struct.Biol. v.3, p.965, 1996.

9. Grayson P., Gullingsrud J., Isralewitz В., Norris D., Stone J. VMD User's Guide: user manual, 2002, p. 167.

10. WebLab ViewerPro: user manual // Molecular Simulations Inc. 1999.

11. Lee В., Richards F.M., The Interpretation of Protein Structures: Estimation of Static Accessebility //J.Mol.Biol, 1971, v.55, p.379-400.

12. Frederic M. Richards, Ann. Rev. Areas, Volumes, Packing, and Protein Structure // Biophys. Bioeng. 1977, v.6, p. 151-175.

13. Charles J. Alden and Sung-Hou Kim, Solvent-accessible Surfaces of Nucleic Acids // J.Mol.Biol. 1979, v. 132, p.411-434.

14. Humphrey W., Dalke A. and Schulten К. VMD - Visual Molecular Dynamics // J.Molec.Graphics, 1996, 14.1, 33-38.

15. Grayson P., Gullingsrud J., Isralewitz В.. Norris D., Stone J. VMD User's Guide: user manual, v. 1.8, 2002, 1-167.

16. Зефиров С. Заметки о вокселах // iNFUSED BYTES OnLine, октябрь, 1998.

17. Kaufman A. Volume Visualization: tutorial // IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA, 1991.

18. Bernstein J. Herbert [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://rasmol.org. -яз.англ.

19. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики, М.:Мир, 1989.

20. Цыганков М. Иерархическая трассировка лучей в октантных деревьях [Электронный ресурс] / GraphiCon 98. Conference Proceedings. Москва, сентябрь, 1998 -Режим доступа: http://w^4\.graphiconJTi/1998/Visualization/Tsyganko v.pdf

21. Engel К., Kraus М., and Ertl Th. High-Quality Pre-Integrated Volume Rendering Using Hardware-Accelerated Pixel Shading / Proc. Of Eurographics // SIGGRAPH Graphics Hardware Workshop, 2001.

22. Engel К.: home page, projects, publications [Электронный ресурс]. - University of Stuttgart, Visualization and Interactive Systems Group, Stuttgart (Germany) 2002 - Режим доступа: http://ww\A .vis.informatik.uni-stuttgart.de/~engel/index.html. - яз. англ., нем.

23. Engel К., Ertl Th. Interactive High-Quality Volume Rendering with Flexible Consumer Graphics Hardware / Eurographics, 2002.

24. Timothy J. Cullip and Ulrich Neumann. Accelcrating Volume Reconstruction with 3D Texturing Hardware: Technical Report TR93-027, University of North Carolina, Chapel Hill, N.C., 1993.

25. Bradley M. Hemminger, Timothy J. Cullip and Michael J. North. Interactive Visualization of 3D Medical Image Data / Departments of Radiology and Radiation Oncology. Technical Report. University of North Carolina at Chapel Hill, NC 27599-7510.

26. Westermann R. and Ertl Th. Efficiently Using Graphics Hardware in Volume Rendering Applications / ACM Computer Graphics, SIGGRAPH '98, pp. 169-177.

27. Hart E. 3D Textures and Pixel Shaders / ATI Research. 2006. p. 1-13.

28. The OpenQVis Project [Электронный ресурс]: новости проекта, документация, ссылки. - Режим доступа: http://openqvis.sourceforge.nct/index.html. - яз. англ.

29. Vol Vis [Электронный ресурс]: VolVis is a volume visualization system for investigating, manipulating and rendering volumetric and geometric data / Research Foundation of the State University of New York, 1993-1995 - Режим доступа: http://volvis.org. - яз.англ.

30. Drebin R. A.,Carpenter L., Hanrahan P. Volume rendering // Comput. Graphics 22, 4 (1988), 65-74.

31. AVS Technote [Электронный ресурс]: AVS5 Help System / Advanced Visual Systems, 2005 - Режим доступа: http://help.avs.сom/AVS5/. - яз.англ.

32. PDBImp [Электронный ресурс]: Free (unsupported) plugin from Kinetix: руководство по установке. Загрузка программы - Режим доступа: http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/ps/dl/item?

siteID=123112&id=2524234&linkID=22 L52744. - яз.англ.

33. 3D Studio MAX v.3.0. User Manual: user manual / Kinetix.

34. Hokkanen J. [Электронный ресурс]: Home page, Gallery, Projects - Режим доступа: http://realsoft.fi/cgi-bin/news/print?gid=l&date=2001-12-06. - яз.англ.

35. Realsoft 3D v.4.5/SP1. User Manuals: user manual / Realsoft Oy. 2003.

36. Harrison C.J., Hayer-Hartl M., Liberto M.Di, Hartl F., Kuriyan J. Crystal Structure Of The Nucleotide Exchange Factor GRPE Bound To The ATPase Domain Of The Molecular Chaperone Dnak // Science, v. 276, 431, 1997

37. Hartl F. Ulrich and Hayer-Hartl Manajit. Molecular Chaperones in the Cytosol: from Nascent Chain to Folded Protein // Science, v.295, pp. 1852-1858, 2002.

38. Dominik Dryja [Электронный ресурс] InsideCG Feature Article. - Режим доступа: http://www.insidecg.com/feature.php?id= 136. — яз.англ.

39. Молодчик Павел. LightWave 3D SEVEN: вокселы становятся ближе. ITC Online [Электронный ресурс]: Компьютерное Обозрение #21, 29 мая - 4 июня 2002 - Режим доступа: http://itc.ua/10011. - яз.англ.

40. MAXON Cinema 4D Release 9: PyroClaster. Reference manual. Tutorials.

41. MAXON Cinema 4D Release 9: User manual.

42. Фролов В. Технология ATI STREAM [Электронный ресурс] / В.Фролов // Компьютерная графика и мультимедиа. -2010. -№8(1). -Режим доступа: http://cgm.computergraphics.ni/issues/issuel8/atistream.

43. Сандерс Дж., Кэндрот Э. Технология CUDA в примерах: введение в программирование графических процессоров / Пер. с англ. Слинкипа А.А., научный редактор Боресков А.В. -М.: ДМК Пресс, 2011. -232 с.

44. PyMol: a molecular visualization system on an open source foundation, maintained and distributed by Schrodinger. [Электронный ресурс]. режим доступа: http://www.pymol.org. - яз.англ.

45. Филиппов С.В., Нестерова Е.Н., Чуприна В.П., Полтев В.И. Моделирование изменений конформации и стабильности двойной спирали ДНК при генотоксической модификации оснований. I. Низкоэнергетические конформации нативного дуплекса // Молекулярная биология. 1997. том.31, No.5, с. 847-854.

46. Филиппов С.В. Структура и стабильность фрагментов ДНК, содержащих 8-оксигуании // Городская научная конференция молодых ученых. Тезисы докладов. Пущино, 1996.

47. Филиппов С.В., Нестерова Е.Н., Полтев В.И. Конформационные возможности олигонуклеотидного дуплекса с чередующейся пурин-пиримидиновой последовательностью // II открытая городская научная конференция молодых ученых города Пущино. Тезисы докладов. Пущино, 1997.

48. Филиппов С.В., Теплухин А.В., Полтев В.И., Конформационный анализ фрагментов ДНК, содержащих последовательность poly(dG):poly(dC) // Материалы IV Пущинской конференции молодых ученых. Пущино, 1999.

49. Poltev V., Filippov S., Nesterova E., Chuprina V., Teplukhin A., Gonzalez E. Molecular Mechanics Study of Correlations between DNA Chemical Modification and its Biological Properties // The Fifth Chemical Congress of North America, Cancun Q.Roo, 11-15 November, 1997.

50. Gonzales E., Castro I., Lopez E., Poltev V.I., Filippov S.V., Teplukhin A.V. Simulasion de la hydratasion de los pares dc bases adeina-timina por el metodo de Monte Carlo // Revista Mexicano de Fisica 44, 473-478, 1998.

51. Gonzalez E., Castro I., Lopez E., Filippov S.V., Teplukhin A.V., Poltev V.I. Investigación Computacional de la Contribución de la Hidratacion a la Exactitud de la Biosintesis de los Acidos Nucleicos // XXIV Congreso Internacional de Quimicos Teoricos de Expresión Latina, Puebla Pue. September 20-25, 1998.

52. Gonzalez E., Castro I., Lopez E., Filippov S.V., Teplukhin A.V., Poltev V.I. Role of flydration in the Accuracy of Nucleic Acid Biosynthesis. A Computer Simulation // J. Mol. Struct. (THEOCHEM). 1999. 493, pp.301-308.

53. Lunin V.Y., Lunina N.L., Ritter S., Frey I., Berg A., Diederichs K., Podjarny A.D., Urzhumtsev A. Baumstark M.W. Low-resolution data analysis for low-density lipoprotein particle //Acta Crystal lograph i ca Section D. Biological Crystallography, p. 108-121, 2001.

54. Advanced Visual Systems [Электронный ресурс] / Домашняя страница // -Режим доступа: http://www.avs.com/.

55. Blue Moon Rendering Tools. User Manual - release 2.6. Exluna Inc., 2000.

56. The RenderMan Interface. Version 3.2., Pixar Inc., 2000. p. 1-106.

57. The RendeMan Shading Language. Part II., Pixar Inc., p. 107-217.

58. Autodesk 3ds Max: 3D modeling and animation software [Электронный ресурс] / Домашняя страница // -Режим доступа: http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview.

59. Bystrov V., Paramonova E., Sapronova A., Filippov S., Kim V. Computer modeling of Hydroxyapatite Nanoparticles and its interaction with heavy metal ions and titanium substrate // Конференция по биоинформатике. Тезисы докладов, Пущино, 2006.

60. Лунин В.Ю. Определение пространственной структуры биологических макромолекул / Лахно В.Д., Устинип М.Н. // Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии: В 2-х частях. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002, стр. 107-108.

61. Теплухин А.В., Лемишева Ю.С. Изучение строения водной оболочки двуспиральных фрагментов В-ДНК poly(dA):poly(dT) с помощью моделирования на параллельных вычислительных системах / Лахно В.Д., Устинин М.Н. // Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии: В 2-х частях. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002, стр. 234-239.

62. Устинип М.Н., Махортых С.А., Молчанов A.M., Олыневец М.М., Панкратов А.Н., Панкратова Н.М., Сухарев В.И., Сычев В.В. Задачи анализа данных магнитной энцефалографии / Лахно В.Д., Устинин М.Н. // Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии: В 2-х частях. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002, стр. 327-348.

63. Соболев Е.В. Динамическая визуализация данных биологических экспериментов: магистерская диссертация / Соболев Егор Васильевич. ПущГУ, -Пущино, 2003.

64. Ивайкина А.Г., Балабаев Н.К., Шайтан К.В. Определение влияния пептидной структуры на энергетику реакций окисления-восстановления белков, содержащих Fe4S4 кластеры, с помощью компьютерных экспериментов // БИОФИЗИКА. 2001 Т.46, №4, стр.589-594.

65. Балабаев Н.К., Лемак А.С., Шайтан К.В. Молекулярная динамика и электрон-конформационные взаимодействия в ферредоксине // Молекулярная биология. 1996. Т.ЗО, № 6, стр. 1345-1356.

66. Pylypenko О, Rale A, Reents R, Niculae A, Sidorovitch V, Cioaca MD, Bessolitsyna E, Thoma NH, Wildmann H, Shlichting I, Goody RS, Alexandrov K. Structure of Rab escort protcin-1 in complex with Rab geranylgeranyltransfcrase // Molecular cell. 2003 Feb; 11(2), pp. 483-494.

67. Rak A, Pylypenko O, Niculae F, Pyatkov K, Goody RS, Alexandrov K. Structure of the Rab7:REP-l complex: insighits into mechanism of Rab prenylation and choroidermia disease // Cell. 2004 Jun 11; 117(6), pp. 749-760.

68. Diclcerson, R.E. DNA structure from A to Z // Methods in Enzimology. 1992. V. 211. P. 67-111.

69. Gorin A.A., Zhurkin V.B., Olson W.K. B-DNA twisting correlates with base-pair morphology //J. Mol. Biol. 1995. v.211. p.34-48.

70. Ulyanov N.B., James T.L. Statistical analysis of DNA duplex structural features // Methods in Enzimology. 1995. V. 247.P. 90-120.

71. Plum G.E., Grollman A.P, Johnson F., Breslauer K.J. Influence of an exocyclic guanine adduct on the thermal stability, conformation, and melting thermodynamics of a DNA duplex//Biochem. 1992. V. 31, P. 12096-12102.

72. Plum G.E., GroUman Л.Р., Johnson F., Breslauer К. Influence of the oxidatively damaged adduct 8-oxodeoxyguanosine on the conformation, energetics, and thermodynamic stability of a DNA duplex //Biochem. 1995. V. 34. P. 16148-16160.

73. Law S.M., Eritja R., Goodman M.F., Breslauer K.J. Spectroscopic and calorimetric characterizations of DNA duplexes containing 2-aminopurine // Biochemistry, v.35, p. 1232912337.

74. Nesterova E.N., Fedorov O.Yu., Poltev V.l., Chuprina V.P. The study of possible A and В conformations of alternating DNA using a new program for conformational analysis of duplexes (CONAN) // J. Biomol. Struct. Dyn. 1997. p.459-474.

75. Журкин В.Б., Полтев В.И.,Флорентьев В.JI. Атом-атомные потенциальные функции для конформациопных расчетов нуклеиновых кислот // Молекуляр. биология. 1980. Т. 14. С. 1116-1130.

76. Полтев В.П., Шулюпина FI.B. Моделирование взаимодействия в копланарных парах азотистых оснований нуклеиновых кислот с помощью атом-атомных потенциальных функций // Молекуляр. биология. 1984. Т. 18. С. 1549-1561.

77. Poltev V.l., Teplukhin A.V., Chuprina V.P. Biological and Artificial Intelligence Systems / Climenti E., Chin S., eds. Leiden: ESCOM, 1988. P. 163-184.

78. Полтев В.П., Чуприна В.П., Нестерова E.H. Молекулярные механизмы мутаций, возникающих при образовании 8-оксигуанина // Молекулярная биология. 1994. Т.28. С. 1087-1097.

79. GNU Bash [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.gnu.org/soilware/bash/. - яз.англ.

80. Lavery R., Pullman A. A New Theoretical Index of Biochemical Reactivity: An Application to yeast tRNA Phe // Biophys. Chem. 1984. V. 19. P. 171-181.

81. Poltev V.l., Grokhlina T.I., Malenkov G.G. Hydration of nucleic acid bases studied using novel atom-atom potential functions. // J Biomol Struct Dyn. 1984 Oct; 2(2):413-429.

82. Sayle R.A., Milner E.J. RASMOL: biomolecular graphics for all // Trends Biochem. Sei. 1995. V. 20. P. 374-376.

83. Poncin M., Hartman В., Laveiy R. Conformational sub-states in B-DNA // J. Mol. Biol. 1992. V. 226. P. 775-794.

84. Chuprina V.P., Nerdal W., Sletten E., Poltev V.I., Feodoroff O.Y. Base dependence of B-DNA sugar conformation in solution and in the solid state. // J. Biomol. Struct. Dyn. 1993. V. 11. p. 671-683.

85. Florent'ev V.L. Conformation of oligonucleotides in solution from data of the nuclear Overhauser effect //Mol.Biol. 1987. v.21. p.593-614.

86. Wuthrich. K. NMR of proteins and nucleic acids. / N. Y.: A Wiley-Intcrscience Publication, 1986. 292 p.

86. Cheatham Т.Е. 3rd, Kollman PA. Observation of the A-DNA to B-DNA transition during unrestrained molccular dynamics in aqueous solution. // J Mol Biol. 1996 Jun 14; 259(3):434-444.

87. Yaung L., Pettitt В. M. В to A transition of DNA on the nanosecond time scale // J. Phys. Chem. 1996, V. 100. P. 2564-2566.

88. Prive G.G., Ileinemann U., Chandrasegaran S., Kan L.-S., Dickerson R.E. Helix geometry, hydration, and G.A mismatch in a B-DNA decamer // Science. 1987. V. 238. P. 498504.

89. Poltev V.I., Teplukhin A.V., Chuprina V.P. Monte-Carlo simulation of DNA duplex hydration. В and B' conformations of poly(dA).poly(dT) have different hydration shells // J. Biomol. Struct. Dyn. 1988. V. 6. P. 575-586.

90. Теплухин А.В., Журкин В.Б., Джернигап P., Полтев В.И. Моделирование гидратации ДНК с помощью метода Монте-Карло. Взаимодействие аденинов с водой в негликозидном желобе А-трактов стабилизирует В'-конформацию // Молекуляр. биология. 1996. Т. 30. С. 121-135.

91. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. / Под ред. Г.М.Полищука. -М.: Радио и связь, 1995.

92. Blender: is a free and open source 3D animation suite [Электронный ресурс] / Blender Foundation // -Режим доступа: http://www.blcnder.org/.

93. Barth С.: home page [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://development.root-l.de/Atomic_Blender.php. - яз. Англ.

94. Atomic Blender - PDB 10 [Электронный ресурс] / Extensions: Blender 2.6 Scripts -Import-Export PDB // -Режим доступа: http://wiki.blender.Org/index.php/Extcnsions:2.6/Py/Scripts/Import-Export/PDB.

95. Bioblender [Электронный ресурс] / Home page // -Режим доступа: http://www.bioblender.eu/2014/03/05/bioblender/.

96. ProDy is an application programming interlace (API) designed for structure-based analysis of protein dynamics [Электронный ресурс] / University of Pittsburgh. // -Dec 24, 2013. -Режим доступа: http://prody.csb.pitt.cdu/.

97. Volume Rendering [Электронный ресурс] / Doc:2.6 / Manual / Materials / Special Effects/Volume // -Режим доступа: http://vviki.blender.Org/index.php/Doc:2.6/Manual/Materials/Special_Effccts/Volume.

98. Desktop Molecular Modeller [Электронный ресурс] / Polyhedron Software Ltd // -Режим доступа: http://www.polyhedron.com/dtmm-dtmmOhtml.

99. Лахно В.Д., Фиалко Н.С. Моделирование процессов переноса заряда в ДНК / под ред. Ризниченко Г.Ю. и Рубина А.Б. // Динамические модели процессов в клетках и субклеточных структурах. М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», ISBN 978-5-93972-783-9, 2010, сЛ 1-67.

100. Autodesk Maya: 3D modeling and animation software [Электронный ресурс] / Домашняя страница // -Режим доступа: http://www.autodesk.com/products/autodesk-mav a/overview.

101. Microsoft Visual Studio [Электронный ресурс] / Visual Studio // -Режим доступа: http://www.visualstudio.com/ru-ru/visual-studio-homepage-vs.aspx.

102. Cebas Final Render Stage 2 for Cinema 4D [Электронный ресурс] / cebas Visual Technology Inc. // -Режим доступа: http://www.cebas.com/index.php? pid=product&prd_id=99&feature=979.

103. Bystrov V., Paramonova E., Bystrova N., Sapronova A., Filippov S. Computational Molecular Nanostructures and Mechanical/Adhesion Properties of Hydroxyapatite // Selected Proceedings of 3rd Symposium "Micro- and Nanostructures of Biological Systems", June, 2004. - Halle, Germany. - Martin Luther University Halle-Wittenberg, 2004, p.77-90.

104. Bystrov V., Paramonova E., Bystrova N„ Sapronova A., Filippov S. Computational Molecular Nanostructures and Mechanical/Adhesion Properties of Hydroxyapatite. Review paper. // In the book: The 3rd Edition of "Micro- and Nanostructures of Biological Systems", Ed.: G. Bischoff,D. - Shaker Press: Aachen, Germany, 2005,. pp.77-93.

105. Bystrov V., Bystrova N., Paramonova E., Filippov S., Sapronova A.. Baumuratova T. Computer simulation and computational exploration of Hydroxy apatite biomaterials nanostructures, surface's and adhesive properties. // In: Abstracts Book of 19th European Conference on Biomaterials, Sorcnto, Italy, 11-15 September, 2005. p.482.

106. Bystrov V., Paramonova E., Sapronova A., Filippov S., Kim V. Computer modeling of Hydroxyapatite Nanoparticles and its interaction with heavy metal ions and titanium substrate // Конференция no биоинформатике. Тезисы докладов, Пущино, 2006.

107. Bystrov V.S., Paramonova E.V., Sapronova A.V., Filippov S.V. Proton transfer simulation and polarization of the hydroxyapatite // Abstracts book of XV All-Russian conference "Theoretical background and design of numerical algorithms for mathematical physics problems applicable to multi-processor systems".- Institute of Applied Mathematics RAS, Moscow-Dyurso, 2004, p.23.

108. Bystrov V., Sapronova A., Bystrova N., Paramonova E„ Filippov S. Proton transport in hydrogen-bonded systems: ab inition modeling of hydroxyapatite (HAP) crystal surface properties. // In: Abstracts Issue of 49th Annual Meeting of Biophysical Society on CD-ROM, February 12-16, Long Beach, California, USA. Program # 532-Pos, Session Title: Biophysics of Ion Permeation, 2005.

109. particlelllusion 3.0 [Электронный ресурс] / wondertouch // -Режим доступа: http://www.wondertouch.com/index_2.asp.