Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)8372ArticlesСтатьиResearch ArticleUnilameller DMPC Vesicles Structure Analysis using Parallel Asynchronous Eifferential EvolutionИсследование структуры однослойных везикул DMPC с использованием параллельного алгоритма асинхронной дифференциальной эволюцииZhabitskayaE IЖабицкаяЕвгения Игоревнаjane@jinr.ruZemlyanayaE VЗемлянаяЕлена Валериевнаelena@jinr.ruKiselevM AКиселёвМихаил Алексеевичkiselev@jinr.ruInternational university “Dubna”Международный университет «Дубна»Joint Institute for Nuclear ResearchОбъединённый институт ядерных исследований150220142NO2 (2014)№2 (2014)25325808092016Copyright ©; 2014, Жабицкая Е.И., Земляная Е.В., Киселёв М.А.2014Жабицкая Е.И., Земляная Е.В., Киселёв М.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8372The Separated Form Factors model (SFF) developed previously for analysis of the small angle neutron scattering data, has been extended for numerical study of structure of polydispersed population of unilamellar DMPC vesicles using the small angle synchrotron scattering spectra (SAXS). Parameters of vesicle structure (average radius, polidispersity, bilayer thickness etc.) are fitted by means of the parallel Asynchronous Differential Evolution (ADE) method - the effective global minimization algorithm. Parallel computer implementation of our approach has been done using the MPI technique (Message Passing Interface). The numerical investigation of structure of polydispersed population of unilamellar vesicles of DMPC in the 40% water solution of sucrose has been performed. We show that accounting for the fluctuation of the bilayer thickness provides an agreement of our calculations with experimental data in the right part of SAXS spectra. On the basic of calculations with different models of internal bilayer structure, an appropriate form of the X-ray scattering length density across bilayer has been chosen. We present results of methodical calculations on the multiprocessor cluster (LIT, JINR, Dubna) demonstrating efficiency of the MPI-based parallel computer code of ADE.Модель разделённых форм-факторов (Separated Form Factors, SFF), разработанная ранее для обработки спектров малоуглового рассеяния нейтронов, в настоящей работе адаптирована для численного анализа структуры полидисперсной популяции однослойных везикул по данным малоуглового синхротронного рассеяния (Small Angle X-ray Scattering, SAXS). Параметры SFF-модели, определяющие структуру везикулярной системы (средний радиус везикул, полидисперсность, толщина бислоя и др.), вычисляются путём фитирования к экспериментальным данным SAXS. Процедура фитирования основана на использовании алгоритма Асинхронной Дифференциальной Эволюции (АДЭ) - эффективного метода поиска глобального минимума. Разработана параллельная реализация предложенного подхода на базе технологии MPI (Message Passing Interface). Проведено численное исследование структуры полидисперсной везикулярной системы димиристоилфосфатидилхолина (DMPC) в 40% водном растворе сахарозы. Показано, что для согласия правой части спектра рассчитанных SAXS-кривых с имеющимися экспериментальными данными необходим учёт флуктуации толщины бислоя. На основе расчётов с разными моделями внутренней структуры бислоя сделаны заключения о наиболее адекватной форме плотности длины синхротронного рассеяния поперёк мембраны. Представлены результаты расчётов на многопроцессорном кластере ЛИТ ОИЯИ (Дубна), подтверждающие эффективность параллельной реализации метода АДЭ.vesiclessmall angle X-ray scatteringAsynchronous Differential Evolutionglobal minimizationparallel computingвезикулярные системымалоугловое синхротронное рассеяниеАсинхронная Дифференциальная Эволюцияглобальная минимизацияпараллельные вычисления1.What Can We Learn About the Lipid Vesicle Structure from the Small-Angle Neutron Scattering Experiment? / M. A. Kiselev, E. V. Zemlyanaya, V. K. Aswal, R. H. H. Neubert // European Biophysics Journal. - 2006. - Vol. 35, No 6. - Pp. 477-493.2.Structure of Unilamellar Vesicles: Numerical Analysis Based on Small-Angle Neutron Scattering Data / E. V. Zemlyanaya, M. A. Kiselev, J. Zbytovska et al. // Crystallography Reports. - 2006. - Vol. 51, No 1 Supplement. - Pp. S22-S26.3.Zhabitskaya E. I., Zhabitsky M. V. Asynchronous Differential Evolution // Lecture Notes in Computer Science. - 2012. - Vol. 7125. - Pp. 328-333.4.Жабицкая Е. И., Жабицкий М. В. Решение оптимизационных задач на распределенных вычислительных системах с помощью алгоритма асинхронной дифференциальной эволюции // Математическое моделирование. - 2012. - Т. 24, № 12. - С. 33-37.5.Zhabitskaya E. I., Zhabitsky M. V. Asynchronous Differential Evolution with Adaptive Correlation Matrix // Proceedings of the 15th Annual Conference on Genetic and Evolutionary Computation. - 2013. - Pp. 455-462.6.Sucrose Solutions as Prospective Medium to Study the Vesicle Structure: SAXS and SANS Study / M. A. Kiselev, P. Lesieur, A. M. Kisselev et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2001. - Vol. 328. - Pp. 71-76.