Rescale-HPC Cloud Platform 제약 바이오 분야의 적용에 대한 안내자료입니다.

1. 소개
제약 바이오 분야
Eugene Kim, eugenekim@megazone.com
Copyright 2020 © MEGAZONE CLOUD CORP. ALL RIGHT RESERVED.

2. Copyright 2020 © MEGAZONE CLOUD CORP. ALL RIGHT RESERVED.
1. Introduction
2. Bioinformatics
3. Drug discovery
4. Computational Biology
5. AI and Drug discovery/development
목차

3. Copyright 2020 © MEGAZONE CLOUD CORP. ALL RIGHT RESERVED.
1. 계산 생물학의 분류에는 생물 정보학/ 컴퓨터 모의실험/ 컴퓨터를 이용한 신약설계/ 기타분야 등이 있습니다.
2. 본 자료는 계산생물학에서 활용되고 있는 Computing application 위주로 개략적 내용을 기술하고 있습니다.
3. 기술된 Application들의 대부분은 Rescale Platform에서 현재 서비스 되고 있으며, 사용자의 워크플로우에 대응하여 즉시 활용
가능합니다.
Introduction

4. Copyright 2020 © MEGAZONE CLOUD CORP. ALL RIGHT RESERVED.
1. 차세대 염기서열 분석법이라 불리는 NGS(Next Generation Sequencing) 기술은 유전체를 무수히 많은 조각으로 나눠서 읽은 후,
얻어진 염기서열 조각을 조립하여 전체 유전체의 서열을 분석하는 방법입니다.
2. 전처리된 데이터를 가공하여 알고리즘으로 분석하는 단계에서 Computing을 활용합니다.
*목적에 따라 오픈소스 프로그램을 순차적으로 활용하는 경우가 대부분이며, 스크립트 형태의 복잡한 순차작업을 Rescale
Platform에서 자동화/가속화 할 수 있습니다.
Bioinformatics – Gene Hunting with NGS

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1. BLAST+ (Basic Local Alignment Search Tool)
정렬(alignment)를 중심으로 서열 정보 비교 등 다양한 기능 분석에 활용하는 프로그램
2. BWA(Burrows-Wheeler Aligner)
FASTQ 파일의 시퀀싱 리드(read)가 어떤 염색체에 어느 위치에 있는 DNA 인지에 대한 정보를 표준 유전체(Reference Genome)에서 위치를 찾아주는
매핑(mapping)을 수행합니다.
3. GATK
변이추출(Variant Caller) 프로그램으로 수집된 염기서열과 표준 유전체 서열과 다른 변이(variant)가 있는 지를 찾아줍니다.
*질병과의 유전적 연관성, 돌연변이 등을 파악할 수 있습니다.
4. SAMtools
SAM, BAM 및 CRAM 형식의 짧은 DNA 서열 판독 정렬과 상호 작용하고 사후 처리하기 위한 유틸리티 세트
5. FastQC, FastQC GUI
NGS Raw 데이터의 quality control을 하기 위한 대표적인 툴
Bioinformatics – Applications

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1. “약물 스크리닝"이란 신약 개발 전체 과정 중에서 신약 후보물질이 될 수 있는 합성 화합물 또는 천연물 등에 대해 약리 활성 및
독성을 평가하는 과정입니다.
2. 컴퓨터를 이용한 Virtual Screening(CADD, Computer Aided Drug Discovery)가 있으며 이 분야는 크게 아래 두 형태로 분류됩니다.
- SBDD(Structured-based drug discovery)
- LBDD(Ligand-based drug discovery)
* QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship)란 물질이 가지고 있는 화학구조를 이용하여 물성 혹은 독성을 계산하는
LBDD에서 가장 널리 쓰이는 방식입니다.
Drug Discovery – 고속 약물 스크리닝

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1. QSAR프로그램
- EPI(Estimation Programs Interface) Suite
- TOPKAT(TOxicity Prediction by Computer Assisted Technology)
- DEREK for Windows
2. AutoDock Suite
분자 모델링 시뮬레이션 소프트웨어로, 특히 단백질-리간드 도킹에 효과적입니다.
Drug Discovery – Applications

8. Copyright 2020 © MEGAZONE CLOUD CORP. ALL RIGHT RESERVED.
1. 물리, 화학, 재료분야에서 시작된 양자역학 분자동역학 소프트웨어들로 계산생물학, 약물개발에서도 활용되는 소프트웨어들이며,
특히 고성능 컴퓨팅에 특화되어 있어 무제한의 컴퓨팅이 가능한 Rescale에서 뛰어난 성능을 보입니다.
- NWChem, GAMESS
양자 화학 및 분자 역학 기능을 포함하는 화학 소프트웨어 패키지
- GROMACS
단백질, 지질 및 핵산 시뮬레이션을 위해 설계된 분자 역학 패키지
- VASP, Quantum ESPRESSO
전자 구조 계산 및 재료 모델링 촉매 반응 등을 위한 소프트웨어로, 단백질 생명공학에 활용되어집니다.
- AMBER(Assisted Model Building with Energy Refinement)
생체분자(Biomolecule) 특성을 시뮬레이션하기 위한 소프트웨어
- NAMD
분자역학 시뮬레이션 소프트웨어로 병렬효율성이 뛰어납니다.
Computational Biology – Applications

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1. 인공지능을 이용한 신약개발은 다수의 기업이 뛰어들고 있는 새로운 분야이며, 사전지식 데이터베이스를 통합하여 연구 기관과
비용을 획기적으로 절감할 수 있을것으로 기대되고 있습니다.
2. 인공지능 모델은 신규 표적 발굴, 검증, 신약 설계, 최적화, 알려진 약물의 새로운 용도 발굴, 생물의학 정보 수집 및 분석과 같은
다양한 약물 개발 단계에서 적용이 가능합니다.
3. 인공지능 알고리즘에 적용할 적절한 딥러닝 기법의 선택과 학습에 AI 전문가와 적합한 인프라 플랫폼이 필요하며, Rescale은
머신러닝 결과를 신속하게 처리할 수 있는 유연한 클라우드 환경을 제공하고 있습니다.
- 딥러닝 프레임워크와 가장 최상의 라이브러리 즉시 사용 가능
TensorFlow, Keras, Caffe2, PyTorch, Chainer and User Singularity
- 가장 최신의 GPU 활용
- 대용량 데이터셋을 처리하기 위한 툴
- 자동화를 위한 API 제공
AI and Drug discovery/development

10. EOD