Gibt es Open-Source-Codes zur Untersuchung der Proteinfaltung?

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Ich möchte den Einfluss von Solvatationsparametern in impliziten Solvatationsmodellen testen und mich fragen, welche Codes als eigenständige Programme für die Proteinfaltung kleiner Proteine frei verfügbar sind und welche Energieminimierungsansätze anstelle von Dynamik verwenden. Daher suche ich nicht nach molekulardynamischen Codes .

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— Mach den Weg frei
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Eines der wichtigsten wissenschaftlichen Probleme des Tages und kaum ein großer GitHub FOSS Google-Hit. Traurig.

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Die beliebtesten molekulardynamischen Codes sind namd und gromacs und vielleicht auch desmond . Diese Pakete sind frei verfügbar und "Open Source" in dem Sinne, dass der Quellcode kostenlos zur Verfügung gestellt wird. Wikipedia enthält eine Liste von Software für die molekulare Modellierung, die möglicherweise andere gute Links enthält.

Diese Codes sind jedoch auch recht komplex. Wenn Sie also eigene Änderungen vornehmen möchten, z. B. um neue Solvatationsmodelle zu testen, verbringen Sie möglicherweise viel Zeit damit, sie nur zu verstehen. Wenn die Benutzerfreundlichkeit die Geschwindigkeit übertrifft (wahrscheinlich nicht vollständig, wenn Sie Zeitskalen für das Falten betrachten), sollten Sie sich mmtk ansehen , mit dem Ihr Programm benutzerdefinierte molekulardynamische Simulationen in Python durchführen kann.

Wenn Sie an Geschwindigkeit interessiert sind, aber nicht an allen Schnickschnack eines vollwertigen Simulationspakets, interessieren Sie sich möglicherweise auch für molekulardynamische Bibliotheken wie OpenMM oder mdcore (Haftungsausschluss: mdcore ist mein eigenes Softwareprojekt). Diese erfordern jedoch viel mehr Programmierung auf Ihrer eigenen Seite.

— Pedro
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Vielen Dank! Ich habe vergessen, ein Detail zu erzählen, ich habe die Frage aktualisiert. Was ist übrigens der Unterschied zwischen openmm und deinem mdcore?

— Öffnen Sie den Weg

@flow: Eigentlich hast du deine Frage komplett geändert. Sowohl namd als auch gromacs minimieren die Energie. Da der teure und komplizierte Teil immer noch die Bewertung der nicht gebundenen Kräfte ist, können Sie diese auch mit einer Bibliothek wie OpenMM oder mmtk berechnen und selbst minimieren. Der Unterschied zwischen OpenMM und mdcore ist, dass wir das gleiche Problem auf sehr unterschiedliche Weise lösen :)

— Pedro

Ausgezeichnet! Ich wusste nichts über Energieminimierung mit Gromacs. Jetzt werde ich versuchen herauszufinden, ob es auf diese Weise für die Proteinfaltung verwendet wurde. Auch openmm ist interessant, da ich denke, dass es auf gpus implementiert wurde. Auf welches Problem beziehen Sie sich? Lo puedes contar? ;)

— Öffnen Sie den Weg

Dies ist ein wenig abseits des Themas, aber das "Problem" ist die molekulare Dynamik auf Shared-Memory-Architekturen wie Multi-Core-CPUs, der Cell / BE-Architektur oder GPUs. OpenMM und mdcore unterscheiden sich zwar erheblich darin, wie sie Berechnungen parallelisieren, sie ähneln sich jedoch eher als namd oder gromacs, die beide einem MPI-basierten Parallelisierungsparadigma mit verteiltem Speicher folgen.

— Pedro

Ok, ich glaube ich verstehe deine Idee. Mein Hauptanliegen ist, dass, wenn Sie zu viel Zeit in einer neuen Speicherverwaltungstechnik oder ähnlichem verbringen, sich die Dinge in den kommenden Jahren sehr schnell ändern und Ihr Projekt veraltet sein könnte

— Öffnen Sie den Weg

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Neben Pedros Vorschlägen können Sie sich auch Quantum Espresso ansehen , der unter anderem Car-Parrinello-Berechnungen ermöglicht . Es ist (oder zumindest war es) in Fortran 90 geschrieben.

— Francesco
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Wurde Quantenespresso jemals für die energiebasierte Proteinfaltung verwendet?

— Öffnen Sie den Weg

Dies ist die Liste der Funktionen von QE: quantum-espresso.org/whatcanqedo.php

— Francesco

ok, es ist klar, dass es "Strukturoptimierung" gibt, aber wurde es jemals für Moleküle mit etwa 1000 Atomen verwendet?

— Öffnen Sie den Weg

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Der Begriff "Energieminimierung" bezieht sich üblicherweise auf die Minimierung der potentiellen Energie. Für Proteinfaltungssimulationen müssen Sie die freie Energie wirklich minimieren. Wenn Sie eine einfache Energieminimierung für ein ungefaltetes Protein durchführen, werden Sie ziemlich bald in einem lokalen Minimum stecken bleiben. Sie möchten also wahrscheinlich Molekulardynamik und verwenden ein Protokoll wie simuliertes Tempern, um zunehmend niedrigere Energien zu erreichen. In der Antwort von pedro finden Sie Softwarevorschläge.

— Khinsen
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Ja, ich meinte freie Energie, aber ich möchte Molekulardynamik vermeiden

— Öffnen Sie den Weg

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Wenn Sie eine freie Energie wünschen, die Entropie und damit eine Abtastung des Konformationsraums beinhaltet, haben Sie zwei Möglichkeiten: Verwenden Sie ein einfaches Potential (normalerweise ein harmonisches) und führen Sie eine analytische Berechnung durch, oder verwenden Sie ein nicht triviales und realistisches Potential und tun Sie dies Probenahme. Für die Probenahme wurden viele Techniken entwickelt, die sich jedoch alle auf die Molekulardynamik oder Monte-Carlo beschränken, wobei die Molekulardynamik für den speziellen Fall von Proteinen viel besser etabliert ist.

— Khinsen

Ja, ich stimme Ihrer allgemeinen Antwort vollkommen zu, aber mein Problem besteht jetzt darin, die richtigen, gebrauchsfertigen Codes zu finden

— Öffnen Sie den Weg

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Es gibt auch ein interessantes Programm namens Foldit, das wie ein Puzzlespiel mit einer schönen Benutzeroberfläche aussieht, aber im Hintergrund tatsächlich die Proteinfaltung untersucht.

— Erhururan
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Aber ist der Code Open Source?

— Öffnen Sie den Weg

Anscheinend nicht, aber es ist für Windows, Mac und auch Linux verfügbar. Thoguh, es gibt eine Diskussion zu diesem Thema. Ich glaube, es gibt ein Problem, das verhindert hat, dass es Open Source ist. Es wird irgendwann Open Source sein, nehme ich an.

— Erhanturan