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Framework para a Construção de Redes Filogenéticas em Ambiente de Computação de Alto Desempenho

Abstract (Expand)

No presente artigo é apresentado uma avaliação de desempenho de um Framework de Redes Filogenéticas no ambiente do supercomputador Santos Dumont. O trabalho reforça os benefícios de paralelizar o … paralelizar o framework usando abordagens paralelas baseadas em Computação de Alta Vazão (CAV), e Computação de Alto Desempenho (CAD). Os resultados da execução paralela do framework proposto, demonstram que este tipo de experimento da bioinformática é apropriado para ser executado em ambientes de CAD; apesar de que nem todas as tarefas e programas componentes do framework tenham sido criados para usufruir de escalabilidade em ambientes de CAD, ou de técnicas de paralelismo em diferentes níveis. A análise comparativa da execução dos cinco pipelines de forma sequencial (como desenhado e usado originalmente por bioinformatas) apresentou um tempo estimado de 81, 67 minutos. Já a execução do mesmo experimento por meio do framework executa os cinco pipelines de forma paralela e usufruindo de um melhor gerenciamento das tarefas, gerando um tempo total de execução de 38,73 minutos. Essa melhora é de aproximadamente 2, 11 vezes em tempo de execução sugere que a utilização de um framework otimizado leva à diminuição do tempo computacional, à melhora de alocação de recursos e ao tempo de espera na alocação.

Authors: Rafael Terra, Kary Ocaña, Carla Osthoff, Lucas Cruz, Philippe Navaux, Diego Carvalho

Date Published: 19th Oct 2022

Publication Type: InProceedings

Framework para execução de workflows de redes filogenéticas em ambientes de computação de alto desempenho

Abstract (Expand)

In the last years, the development of technologies, such as next-generation sequencing and high-performance computing allowed the execution of Bioinformatics experiments of high complexity and … computationally intensives. Different Bioinformatics fields need to use high-performance computing platforms to take advantage of the parallelism and tasks distribution, through specialized technologies of scientific workflows management systems. One of the Bioinformatics fields that need high-performance computing is phylogeny, a field that expresses the evolutive relations between genes and organisms, establishing which of them are most related evolutively. The phylogeny is used in several approaches, such as in the species classification; in the discovery of individuals’ kinship; in the identification of pathogens origins, and even in conservation biology. A way of representing these phylogenetic relations is using phylogenetic networks. However, the construction of these networks uses computationally intensive algorithms that require the constant manipulation of different input data. This work aims the development of a framework for construction of explicit phylogenetic networks, modeling a scientific workflow that adds different methods for the construction of the networks and the required input data treatment. The framework was developed to allow the use of multiple flows from the workflow in an automated, parallel, and distributed manner in a single execution and also to be executable in high- performance computing environments, constituting a challenging task, once the tools used are not developed focused in this environment. To orchestrate the workflow tasks, the scalable parallel programing library Parsl was used, allowing to do optimizations in the workflow’s tasks execution, performing better management of the resources. Two versions of the framework were developed, called Single Partition and Multi Partition, differing in the manner in which the resources are used. In tests performed, there was an improvement in the execution time of about five times when compared to the sequential execution of a flow without the optimizations. The framework was validated using public data of Dengue virus genomes, which were processed, annotated, and executed in the framework using the Santos Dumont supercomputer. The construction of the genomes’ explicit phylogenetic networks indicates that the framework is a functional, efficient, and easy to use tool.

Authors: Rafael Terra, Kary Ocaña, Carla Osthoff, Diego Carvalho

Date Published: 18th Feb 2022

Publication Type: Master's Thesis

Gerência e Análises de Workflows aplicados a Redes Filogenéticas de Genomas de Dengue no Brasil

Abstract (Expand)

Processos evolutivos e dispersão de genomas de Dengue no Brasil são relevantes na direção do impacto e vigilância endemo-epidêmico e social de arboviroses emergentes. Árvores e redes filogenéticas … filogenéticas permitem exibir eventos evolutivos e reticulados em vírus originados pela alta diversidade e taxa de mutação de recombinação homóloga frequente. Apresentamos um workflow científico paralelo e distribuído para redes filogenéticas desenhado para trabalhar com a diversidade de ferramentas e recursos em experimentos da biologia computacional e acoplados a ambientes de computação de alto desempenho. Apresentamos uma melhoria no tempo de execução de aproximadamente 5 vezes em comparação com a execução sequencial em análises de genomas de dengue e com identificação de eventos de recombinação.

Authors: Rafael Terra, Micaella Coelho, Lucas Cruz, Marco Garcia-Zapata, Luiz Gadelha, Carla Osthoff, Diego Carvalho, Kary Ocaña

Date Published: 18th Jul 2021

Publication Type: InProceedings

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