Virtual Structural Biology Group » Учебные курсы » Образовательные модули НТУ Сириус » Молекулярное моделирование биополимеров

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

Установите gromacs

<pre>

sudo apt install gromacs 

</pre>

Установите singularity

<pre>

sudo -i

echo "deb http://neurodebian.ovgu.de/debian/ focal main contrib non-free" >> /etc/apt/sources.list 

sudo apt-key adv --recv-keys --keyserver hkp://pgp.mit.edu:80 0xA5D32F012649A5A9

sudo apt-get update

sudo apt-get install singularity-container

exit

</pre>

Скопируем образ с Gromacs для Singularity и сделаем alias на запуск:

<pre>

scp 10.23.68.42:/tmp/gmx2022-gpu.sif /tmp/

alias gmx='singularity shell -B $(pwd) --nv /tmp/gmx2022-gpu.sif gmx'

</pre>

При работе в новом терминале alias надо будет перезадать

*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. 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 

> Пример запуска Gromacs в Google Colab https://colab.research.google.com/drive/1hb7pt6SCQQCceOR4rIfLny2lGoIJx4s1#scrollTo=rDSEu85QW2xr

https://drive.google.com/file/d/1Ng00D1LCrBWmD9hANyFRB8eOpVE9i-5l/view?usp=sharing

   * "Моделирование самосборки липидного бислоя из случайной стартовой конформации."

   * "Моделирование поведения ДНК в формамиде."

   * "Моделирование перехода А-формы ДНК в В-форму в воде."

   * "Моделирование поведения короткого пептида в формамиде."

Файлы: https://drive.google.com/drive/folders/1zgZVOjPJbiDOCSghMlpPvK3vp1-h_8FK?usp=sharing

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>