El Laboratorio de Estudios In-silico del Instituto iÓMICAS desarrolla modelos matemáticos y simulaciones computacionales para analizar procesos físicos, químicos y biológicos a diferentes escalas. Realizamos simulaciones de primeros principios para diseñar moléculas específicas y empleamos dinámica molecular para estudiar proteínas y superficies funcionalizadas. Además, utilizamos algoritmos avanzados para analizar datos de nano-sensores y, en ciencias ómicas, aplicamos aprendizaje automático y grafos para investigar recombinación cromosómica y funciones genéticas, especialmente en cultivos como el frijol. También exploramos la dinámica de fluidos mediante simulaciones avanzadas, generando conocimiento que conecta la biología computacional con soluciones tecnológicas aplicadas.

Mapa laboratorio

laboratorio-insilico

Laboratorio IN-SILICO


Equipos

• Supercomputador - HPC

El sistema de cómputo de alto rendimiento (HPC-GPGPU) del Instituto de Investigación iÓMICAS está compuesto por 22 nodos de procesamiento por CPUs y GPUs, interconectados por un sistema de alta velocidad Infiniband, y un sistema de almacenamiento compartido de 500 TB. El GPGPU una capacidad de procesamiento de 36,5 billones de operaciones numéricas en doble precisión por segundo (TFLOPS). Está conformado por 880 núcleos (dos procesadores Intel Xeon Gold 5218R de 2.1 GHz por nodo); 8.25 TB de memoria RAM (385 GB por nodo); 20 tarjetas gráficas NVIDIA Quadro RTX 6000 de 24 GB (distribuidas en 7 nodos); 238 TB de espacio de trabajo compartido; y una red de comunicación Infiniband EDR de 100 Gbps.

• Software licenciados

  • Mat lab 2025 a -2024a:  Entorno de programación numérica ampliamente usado en ciencia e ingeniería, que permite análisis de datos, simulaciones, modelado y visualización mediante un lenguaje propio de alto nivel.
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  • Vasp 6.4.2:  (Vienna Ab-initio Simulation Package) es un software para realizar simulaciones de estructura electrónica y dinámica molecular a nivel cuántico, basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT).
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  • VNL-ATK 2020.09: (QuantumATK Virtual NanoLab) es una plataforma con interfaz gráfica para el modelado y simulación de materiales a nanoescala, que integra cálculos de DFT y métodos clásicos para estudiar propiedades electrónicas y de transporte.

• Bioinformática y Análisis Genómico

AUGUSTUS (v3.5.0): Predicción de genes eucariotas.

BAMtools (v2.5.2): Utilidades y librería para la gestión de archivos de alineamiento BAM.

BB tools (v39.03 - 39.25): Toolkit para el análisis y procesamiento de secuencias de lectura.

BCF tools (v1.9 - 1.21): Herramientas para llamadas de variantes y procesamiento de archivos VCF/BCF.

Bedtools (v2.31.0): Manipulación de intervalos genómicos y mapeo de anotaciones a metadatos de accesión.

Bismark (v0.24.0, 0.24.1): Alineamiento de secuencias de bisulfito y análisis de metilación.

BLAST (v2.14.1 - 2.16.0): Motor de búsqueda de similitud local de secuencias biológicas.

Bowtie2 (v2.4.4 - 2.5.4): Alineador ultra rápido de lecturas cortas contra genomas de referencia.

BUSCO (v5.5.0): Evaluación de la completitud de genomas y anotaciones biológicas.

BWA (v0.7.17): Alineamiento de secuencias contra genomas de referencia.

CD-HIT (v4.8.1): Clustering y reducción de redundancia en secuencias de nucleótidos o proteínas.

CutAdapt (v3.5, 4.9): Eliminación de adaptadores de secuenciación y filtrado de lecturas de calidad.

Exonerate (v2.2.0): Herramienta versátil para el alineamiento de secuencias biológicas.

FastQC (v0.11.9, 0.12.1): Generación de reportes de control de calidad para datos de secuenciación masiva.

GeneMark (v4.72): Software para la predicción de genes en secuencias genómicas.

HAL (v2.3): Librería para el alineamiento y análisis jerárquico de genomas comparativos.

HISAT2 (v2.2.1): Alineamiento empalmado (spliced) de lecturas de secuenciación de ARN (RNA-Seq).

HMMER (v3.4): Búsquedas de homología de secuencias basadas en modelos ocultos de Markov (Profile HMMs).

HTSlib (v1.9 - 1.21): Librería base de C para la lectura y escritura de formatos de secuenciación de alto rendimiento.

InterProScan (v5.64-96.0): Anotación funcional de proteínas y dominios moleculares.

MetaEuk (v2022.07.11): Descubrimiento y anotación de genes eucariotas en datos metagenómicos.

NGSEP core (v4.1.0 - 5.0.1): Plataforma integrada para análisis de variantes, mapeo y ensamblaje genómico.
Picard (v3.0.0 - 3.4.0): Herramientas basadas en Java para la manipulación y control de calidad de datos de secuenciación (SAM/BAM/CRAM).

Prodigal (v2.6.3): Predicción de genes codificantes de proteínas en genomas procariotas y microbianos.

QUAST (v5.2.0): Evaluación de la calidad y métricas de ensamblajes genómicos.

RECON (v1.08): Descubrimiento y clasificación de secuencias de ADN repetitivas de forma automática.

RMBlast (v2.14.1): Motor de búsqueda de similitud optimizado para análisis de repeticiones genómicas.

RepeatMasker (v4.1.5): Identificación y enmascaramiento de elementos repetitivos e intercalados en ADN.

RepeatModeller (v2.0.5): Motor de modelado y descubrimiento de familias de elementos repetitivos en genomas.

RepeatScout (v1.0.6): Algoritmo para el descubrimiento rápido de elementos repetitivos en genomas completos.

Salmon (v1.9.0 - 1.10.1): Cuantificación ultra rápida y consciente de sesgos de la abundancia de transcritos.

SAM tools (v1.9 - 1.21): Procesamiento, ordenamiento y manipulación de archivos de alineamiento de secuencias.

SEPP (v4.5.1, 4.5.5): Colocación filogenética robusta de secuencias en árboles de referencia a gran escala.

SeqLib (v1.2.0): Librería de C++ que encapsula el acceso a datos y operaciones comunes de bioinformática.

SNAP (v2013.11.29): Programa estadístico para la predicción e identificación de genes.

Sortmerna (v4.3.6, 4.3.7): Filtrado, clasificación y alineamiento rápido de lecturas de ARN ribosomal.

SRA Toolkit (v3.0.1 - 3.2.1): Utilidades de extracción y conversión de datos públicos del Sequence Read Archive.

TRF (v4.09.1): Herramienta para la detección y localización de repeticiones en tándem en secuencias de ADN.

TrimGalore (v0.6.7, 0.6.10): Wrapper automatizado para el control de calidad y trimming de adaptadores.

Trimmomatic (v0.39): Recorte y filtrado flexible de lecturas de secuenciación masiva basadas en calidad.

VCF tools (v0.1.17): Análisis estadístico, filtrado y validación de archivos de variantes moleculares VCF.

• Big Data y Gestión de Datos Científicos

Apache Hadoop (v2.7.1 - 3.4.1): Framework de almacenamiento masivo y procesamiento distribuido.

Apache Spark (v1.6.1 - 3.5.5): Motor de analítica e inteligencia artificial unificado para procesamiento distribuido a gran escala.

HDF5 (v1.12.1 - 1.14.6): Formato de archivo y librería científica para el almacenamiento estructurado de matrices masivas y procedencia de datos.

NetCDF (v4.8.1 - 4.9.2): Interfaz y librerías de software para el almacenamiento y compartición de datos científicos orientados a arreglos (arrays).

• Computación Científica, Modelado Cuántico y Simulación Molecular

FM (v4.5): Predicción y modelado computacional de espectros de masas y fragmentación molecular (CFM-ID).

CP2K (v2023.2 - 2025.1): Suite avanzada para simulaciones de física de estado sólido y química cuántica de sistemas condensados.

CREST (v2.12): Muestreo conformacional y rotamérico de precisión para la generación de descriptores moleculares tridimensionales.

DFTB+ (v21.2 - 24.1): Paquete de simulación cuántica atomística basado en aproximaciones semiempíricas rápidas.

GAMMES (v2022.2 - 2024.2): Software para cálculos de estructura electrónica molecular y energías de referencia (GAMESS).

GROMMACS (v2022.1 - 2025.1): Motor de dinámica molecular optimizado para estudios de conformación y solvatación de biomoléculas. 

LAMMPS (v2021.8.31 - 2025.4.2): Motor de simulación atomística clásica a gran escala.

MOPAC (v22.0.5): Herramienta semiempírica de química cuántica para la optimización rápida de geometrías moleculares. 

Multifn (v3.8_dev): Programa especializado en el análisis de funciones de onda y densidades electrónicas moleculares (Multiwfn).

NAMD (v2.14, 3.0.1): Software de dinámica molecular paralela de alto rendimiento para sistemas biológicos complejos.

NWChem (v6.8.1, 7.2.3): Solución escalable de química computacional para el cálculo de energías moleculares y propiedades electrónicas.

OpenMX (v3.9.9): Paquete para cálculos de estructura electrónica basados en orbitales pseudopotenciales localizados.

ORCA (v5.0.0 - 6.0.1): Suite versátil y avanzada de estructura electrónica, cálculos de energías mecánicas cuánticas y espectroscopía.

Packmol (v20.14.2 - 21.0.2): Algoritmo para la construcción y empaquetamiento optimizado de configuraciones iniciales de simulación.

QCEIMS (v4.0): Predicción de espectros de masas por ionización electrónica basada en primeros principios de dinámica molecular.

Quantum Espresso (v7.2, 7.4.1): Suite integrada de códigos abiertos para modelado de materiales y estructura electrónica basados en ondas planas.

Rdkit (v2017.9.3): Toolkit de quimioinformática para manipulación estructural, huellas digitales (fingerprints) y descriptores moleculares moleculares.

STRIDE (v2018): Asignación automatizada de elementos de estructura secundaria en proteínas tridimensionales.

Turbomole (v7.4): Paquete de química cuántica altamente optimizado para cálculos de estructuras moleculares estables y propiedades.

VASPHydra (v6.3.0, 6.4.2): Software de simulación de estructura electrónica cuántica y dinámica molecular ab initio (VASP).

VNL-ATK (v2020.09_SP1): Entorno de modelado atomístico comercial para análisis electrónico en nanoestructuras y materiales moleculares.

Voro++ (v0.4.6): Librería de software en C++ para cálculos tridimensionales de teselación de Voronoi orientada a celdas moleculares.

XTB (v6.4.0 - 6.7.1): Programa para optimizaciones rápidas de geometría y propiedades fisicoquímicas mediante el método tight-binding extendido (GFN-xTB).

• Entornos de Desarrollo, Orquestación y Lenguajes Científicos

GNU Compiler Collection (v7.5.0, 11.2.0): Colección de compiladores base (C, C++, Fortran) indispensables para software de cálculo numérico.

Intel OneAPI (v2025.0): Compiladores y librerías de aceleración matemática de arquitectura Intel para el clúster.

Java/OpenJDK & Oracle JRE (v8.0 - v24.0.1): Entornos de desarrollo y de tiempo de ejecución para herramientas bioinformáticas y flujos de trabajo basados en la máquina virtual de Java.

Julia (v1.6.2 - 1.11.5): Lenguaje de alto rendimiento y tipado dinámico para la computación y modelado científico rápido.

Matlab (vR2024a): Entorno de computación numérica, desarrollo de algoritmos matemáticos y visualización exploratoria.

Next Flow (v22.10.6): Sistema de orquestación de flujos de trabajo (pipelines Nextflow) para garantizar la trazabilidad de datos moleculares.

Octave (v9.2.0): Entorno de lenguaje de programación de alto nivel para computación numérica, compatible de forma nativa con MATLAB.

Python (v2.7.18 - 3.12.3): Lenguaje de programación central para la curación de datos moleculares, pipelines analíticos e inferencia de modelos de IA.

R (v4.2.1 - 4.5.0): Entorno y lenguaje para validación estadística de incertidumbres, analítica de datos químicos y visualización bioinformática.

Tcl (v8.5.10, 8.6.13): Lenguaje de scripting utilizado como motor de extensión y automatización en herramientas científicas como VMD.

• Librerías de Álgebra Lineal y Cómputo Numérico Subyacente

Arpack-NG (v3.9.1): Solución de problemas matemáticos de autovalores de grandes dimensiones mediante métodos iterativos.

Boost (v1.70.0 - 1.87.0): Colección extendida de librerías portátiles de código fuente abierto para complementar el desarrollo en C++.

Charm++ (v6.12.2, 8.0.0): Sistema de programación paralela basada en paso de mensajes orientada a objetos para HPC.

ELPA (v2022.11.001 - 2025.01.001): Librería de solvers de autovalores paralelos de alta eficiencia para cálculos de estructura electrónica.

FFTW (v3.3.9, 3.3.10): Librería en C para el cómputo rápido de la Transformada de Fourier en cargas de señales y simulaciones.

Global Arrays (v5.8.2, 5.9): Librería de programación distribuida para la manipulación y almacenamiento compartido de arreglos bidimensionales masivos.

Lapack (v3.10.0 - 3.12.1): Librería de álgebra lineal estándar para la descomposición de matrices y sistemas lineales simultáneos.

LP Solve (v5.5.2.11): Solucionador matemático basado en el algoritmo Simplex para problemas de programación lineal entera mixta.

METIS (v5.1.0) & ParMETIS (v4.0.3): Software para el particionamiento de grafos y ordenamiento de matrices dispersas de forma paralela.

MPFR (v4.2.1): Librería en C para la aritmética de punto flotante con precisión múltiple y redondeo correcto.

MPICH (v3.4.2, 4.0.2) & OpenMPI (v4.1.1 - 5.0.7): Implementaciones del estándar MPI para comunicación paralela y distribución de carga en múltiples nodos físicos.

MUMPS (v5.5.1): Solucionador multifrontal masivamente paralelo para sistemas lineales dispersos y matrices asimétricas.

Nvidia Cuda SDK (v11.0 - 12.6): Plataforma de computación paralela y API para la aceleración por hardware gráfico (GPUs RTX) en modelos de IA.

Nvidia HPC (v20.9 - 24.1): Compiladores avanzados y librerías optimizadas para arquitecturas de computación híbrida CPU/GPU.

OpenBLAS (v0.3.18 - 0.3.29): Implementación optimizada de bajo nivel para las subrutinas básicas de álgebra lineal (BLAS).

Scalapack (v2.1.0 - 2.2.2): Versión escalable y distribuida de LAPACK para el cómputo lineal intensivo en clústeres multiprocesador.

Scotch (v7.0.1): Software para particionamiento secuencial o paralelo de grafos, mallas y asignación de tareas numéricas.

Suite Sparse (v7.2.1 - 7.10.2): Conjunto integral de algoritmos y factorizaciones matemáticas para matrices dispersas.

Sundials IDA (v7.1.1, 7.2.1): Solucionador especializado de ecuaciones diferenciales algebraicas acopladas de gran escala.

XCB (v6.0.0 - 7.0.0): Librería Libxc de funcionales de intercambio y correlación (Exchange-Correlation) para cálculos computacionales DFT.

• Visualización Científica e Interfaz Gráfica Remota

FFMpeg (v7.1): Framework multimedia para la decodificación, codificación y conversión de flujos de video para trayectorias de simulación.

FLTK (v1.3.8): Toolkit liviano de C++ para el desarrollo e interfaz gráfica de usuario en herramientas científicas.

GraphicsMagick (v1.3.44): Suite de procesamiento de imágenes para la manipulación, conversión tipográfica y generación de figuras técnicas.

ParaView (v5.13.2): Aplicación de análisis y visualización de datos científicos interactivos de gran tamaño.

PyMOL (v2.5.0 - 3.1.0): Sistema de visualización molecular en 3D para la revisión interactiva de estructuras moleculares estables.

Qhull (v2020.2): Cómputo geométrico de envolturas convexas, triangulaciones de Delaunay y diagramas de Voronoi.

TurboVNC (v3.1.3) &  TWM (v1.0.12): Entornos de ventanas ligeros y sesiones VNC de alto rendimiento para el acceso gráfico interactivo al clúster.

VirtualGL (v3.1.2): Redireccionamiento de comandos 3D de tarjetas gráficas hacia servidores remotos para visualizaciones científicas en tiempo real.

VMD (v1.9.4a57, 2.0.0a5): Visualizador de Dinámica Molecular para el análisis tridimensional y renderizado interactivo de trayectorias complejas.