Virtual Structural Biology Group » Учебные курсы » Структурная биоинформатика в ВШЭ

h2.  Практическое занятие по молекулярной динамике. 

Цель данного занятия ознакомится с возможностями моделирования молекулярной динамики. 

В этом занятии мы будем рользоваться пакетом молекулярной динамики "Gromacs":http://www.gromacs.org. Это программное обеспечение распостраняется под лицензией GPL, т.е. пользователь может скачать исходный код и свободен его изменять по своему усмотрению.

----

h3. Общие положения

"Подсказки":http://kodomo.fbb.msu.ru/FBB/year_08/term3/unix.html по использованию оболочки bash в Linux.

Для активации ядра надо сделать простые манипуляции в терминале:

<pre>

export PATH=${PATH}:/home/shad/miniconda2/bin

python -m ipykernel install --user --name hse --display-name hse-py27

</pre>

*Типы файлов:*

   * gro - файл с координатами системы.

   * top - файл с описанием ковалентных  и нековалентных взаимодействий в молекулах.

   * mdp - файл с описанием параметров для работы молеклярно-механического движка.

   * tpr - файл для молеклярно-механического движка по сути есть объединение gro, top и mdp.

   * trr, xtc - файл с координатами после рассчёта.

----

*Основные программы из пакета, которые будут использованны на занятии:*

Программы запускаются в командной строке Linux, флаги запуска программ начинаются с -, например -f.

Как правило после флага следует либо имя файла либо значение параметра. Смотрите примеры ниже.

   * editconf - манипуляция форматом координат и самими координатами. Пример:

<pre>

editconf -f my.gro -o my.pdb

</pre>

   * solvate - наполнение ячейки растворителем.Пример:

<pre>

solvate -cp my.gro -cs mysolvent.gro -p my.top -o my_solvated.gro

</pre>

   * genion - утилита для замены n молекул растворителя на ионы.

<pre>

genion -s my.tpr -np 10 -p my.top -o my_ions.gro 

-np это добавить 10 положительно заряженых ионов

или прочитайте про флажки -conc -neutral

</pre>

   * grompp - объединение и проверка gro, top и mdp в tpr.

<pre>

grompp -f my.mdp -c my.gro -p my.top

</pre>

   * mdrun - молеклярно-механический движок. На входе принимает tpr файл.

<pre>

mdrun -deffnm my.tpr 

здесь параметр -deffnm означает, что выходные файлы будут называться как и входной файл, только с другими расщирениями

</pre>

h3. Настройка соединения с суперкомпьютером Lomonosov 

Доступ к суперкомпьютеру возможен только по ssh ключам. 

Скопируем настройки ssh:

<pre>

mkdir ~/.ssh

cp /tmp/.lom/* ~/.ssh

</pre>

Проверьте соединение:

<pre>

ssh lom

</pre>

h3. Объекты для практикума 

На этом занятии Вам предлагается 4 различные систем для моделирования. Перейдите по ссылке для подробных инструкций по выполнению каждого задания.

> Внимание выполнить надо только одно задание на Ваш выбор 

   * "Моделирование самосборки липидного бислоя из случайной стартовой конформации.":https://kodomo.fbb.msu.ru/wiki/Main/Modelling/BioNanoPrac/SelfAss

   * "Моделирование поведения ДНК в формамиде.":https://kodomo.fbb.msu.ru/wiki/Main/Modelling/BioNanoPrac/DnaMelt

   * "Моделирование перехода А-формы ДНК в В-форму в воде.":https://kodomo.fbb.msu.ru/wiki/Main/Modelling/BioNanoPrac/DnaA2b

   * "Моделирование поведения короткого пептида в формамиде.":https://kodomo.fbb.msu.ru/wiki/Main/Modelling/BioNanoPrac/PepMelt

h3. Особенности запуска на "Ломоносов"

Весьма вероятно, что система не позволит поставить в очередь много заданий одновременно. Есть два решения:

* подождать пока кто-то досчитается 

* Добавить в файл @~/_scratch/hse/hse.job@ информацию о Вашей задаче (это заготовка!):

<pre>

   {

        'name': 'Ivanov/my_task_name_change_it',

        'nodes': 1,

        'options': '--ntasks-per-node=2',

        'path': '/mnt/data/users/dm4/vol12/fbbstudent/_scratch/hse/Ivanov',

        'command': '/opt/ccoe/gromacs-5.0.4/build/bin/gmx_mpi mdrun -testverlet -deffnm  b_md -v',

    },  

</pre>

h3. Анализ результатов

Пакет программ Gromacs предоставляет "много":http://www.gromacs.org/Documentation/Gromacs_Utilities инструментов для анализа траекторий и свойств динамики. Суть любого анализа сводится к пониманию специфики динамики конкретной системы. 

Результаты анализа выдаваемые GROMACS имеют расширение xvg ( программа GRACE), но формат самих файлов текстовой, так что построение графиков можно делать в excel. 

Предлагаю называть результаты анализа согласно общему шаблону: 

   * Tool_system_param, где 

      * Tool- это название программы которой проводили анализ

      * sytem- это либо b (бислой) либо dna (ДНК).

      * param- это некое дполнительное описание.

   * Пример :  rmsd_dna_1

Внимание ! Опции программы анализа вы можете узнать, набрав: имя_программы –h

Связи с тем, мы работаем с разными системами, то для каждой системы предлагается свой подход к анализу:

   * [[BilAnalysiss|Анализ результатов моделирование самосборки липидного бислоя ]]

   * [[A2bAnalysis|Анализ результатов моделирование перехода А-формы ДНК в В-форму в воде]]

   * [[DnaMelAnalysis|Анализ результатов плавления ДНК в формамиде ]]

   * [[PepMelAnalysis|Анализ результатов плавления пептида в формамиде ]]

Любой анализ начинают с визуального анализа движений молекул.

h3.  Пдсказака про Nglview и файлы Gromacs

Сначала импорт модулей

<pre><code class="python">

import nglview

import mdtraj

</code></pre>

Создадим объект для траектории

<pre><code class="python">

md =  mdtraj.load('b_pr.xtc', top='b_s.pdb')

</code></pre>

Создадим объект nglview

<pre><code class="python">

n = nglview.show_mdtraj(md) 

n.clear_representations()

n.add_representation(repr_type='licorice') 

</code></pre>

И посмотрим анимацию

<pre>

n

</pre>