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Dock2ONIOM: Utilitário Python para Rescoring de Poses de Docking Molecular pelo Método ONIOM
Leonardo Viana das Chagas Lima
Universidade Estadual de Campinas
Now you could share with me your questions, observations and congratulations
Create a topicScores de estudos de docking apresentam pouca correlação com afinidades de ligação experimentais.
Uso de energias baseadas em métodos de estrutura eletrônica para rescoring de poses de docking melhoram a capacidade preditiva dessa abordagem.
Métodos de estrutura eletrônica possuem um custo computacional muitas vezes proibitivo para sistemas grandes e uma das estratégias para contornar essa limitação é o uso de métodos como o ONIOM.
A preparação de arquivos de input para ONIOM é trabalhosa e o desenvolvimento de um software para automatizar esse processo é de grande relevância.
Dock2ONIOM está sendo desenvolvido utilizando-se a linguagem python 3.8.0 e fazendo uso de recursos do software PyMol.
O software Dock2ONIOM visa facilitar e automatizar a inclusão de métodos de estrutura eletrônica, através do ONIOM, em estudos de docking molecular.
Guilherme Duarte Ramos Matos
Olá Leonardo! Parabéns pelo trabalho; eu gostei bastante da apresentação! Eu tenho algumas dúvidas, entretanto:
(1) Durante a preparação, como que o estado de protonação é definido? Como vocês antecipam os efeitos do ambiente do sítio de ligação no ligante? O estado de protonação é definido antes do docking, não?
(2) Os inputs são preparados para quais software?
(3) Dock2ONIOM usa recursos do PyMol, mas esse é um software pago da Schrödinger Inc. Vocês têm planos de tornar o seu software menos dependente de pacotes de terceiros?
Rufino Bezerra
Caro Leonardo, inicialmente parabéns pela apresentação e pelo trabalho desenvolvido. Gostaria de saber onde é possível realizar o download do utilitário dock2oniom e em quais programas de cálculo quântico o input Oniom gerado pode ser executado.
Atenciosamente.
Leonardo Viana das Chagas Lima
Olá, Rufino! Obrigado pelo interesse!
O código ainda não está disponível publicamente, mas o faremos assim que o trabalho estiver finalizado. Fique a vontade para entrar em contato ([email protected]) e eu o avisarei assim que o código for disponibilizado para o público (será open-source). A versão atual é capaz de gerar input para o Gaussian e estamos trabalhando para incluir o NWChem, porém aceitamos sugestões de outros softwares que sejam de interesse da comunidade!
Gerd Bruno Rocha
Parabéns pelo seu trabalho e sua apresentação.
Vocês já estão disponibilizando essa ferramenta?
Vocês já fizeram um benchmark para saber a performance da sua ferramenta. Performance em montar corretamente o input do ONIOM.
Até mais,
Gerd Rocha
Leonardo Viana das Chagas Lima
Olá, Gerd! Obrigado pelo interesse no trabalho!
O código ainda não está disponível publicamente, mas o faremos assim que o trabalho estiver finalizado. Fique a vontade para entrar em contato ([email protected]) e eu o avisarei assim que o código for disponibilizado para o público (será open-source).
Recentemente resolvemos alguns problemas finais e estamos nas etapas de revisão e teste do código. A ideia é apresentar alguns estudos de caso (como forma de validar o software e apresentar a utilidade dessa abordagem) utilizando essa ferramenta na preparação dos inputs na publicação desse trabalho. Agradeço a sugestão, tentaremos incluir uma etapa de benchmarking específico para a saída do software!
Marcelo Tavares
Muito bom! Está faltando os exemplos e comparações.
Frederico Pontes
oi Leonardo! Parabéns pelo trabalho. Você está desenvolvendo uma ferramenta muito útil e usando softwares livres. Na etapa final de preparação do cálculo ONIOM o sistema é calculado no vácuo ou é utilizado algum modelo de solvatação implícita?
Leonardo Viana das Chagas Lima
Olá, Frederico! Obrigado pelo interesse no trabalho! O usuário, no caso do Gaussian, por exemplo, terá a opção de que seja incluso a keyword de modelos de solvatação implícita no input final gerado pelo dock2ONIOM.
Pretendemos apresentar alguns estudos de caso utilizando essa ferramenta na preparação dos inputs na publicação desse trabalho. Nesses casos, pretendemos utilizar modelos de solvatação implícitos no cálculo ONIOM.
Maicon Lourenço
Prezado, parabéns pelo excelente trabalho.
Qual é a funcionalidade, biblioteca, etc, do PyMol que vocês usam (fazem a interface) no programa de vocês?
Eu vi que você mencionou abaixo que há uma distribuição open-source do PyMol. Eu não sabia, pois sempre fui direcionado à uma página comercial ao buscar o programa na web.
Obrigado e sucessos!
Leonardo Viana das Chagas Lima
Olá, Maicon! Obrigado pelo interesse!
Utilizamos o pacote (biblioteca) pymol para Python que permite executar diversas funções do software PyMol dentro do script em python (https://pymolwiki.org/index.php/Launching_From_a_Script, https://anaconda.org/tpeulen/pymol-open-source, https://anaconda.org/conda-forge/pymol-open-source).
Realmente, as buscas acabam direcionando para a versão paga (Incentive PyMol), mas aqui tem mais algumas informações úteis de instalação da versão open-source: https://pymolwiki.org/index.php/Linux_Install#Open-Source_PyMOL_in_Linux_Distros.
Jorge Maurício da Silva Brito
Boa noite Léo! Trabalhado extremamente relevante.
Tenho uma dúvida sobre o reescoring para melhorar a capacidade preditiva.
No docking molecular, normalmente, o reescoring é usado em protocolos de consenso. Ou seja, utilizamos uma função para a busca e ranqueamento das melhores poses (conformações do ligante) e, na sequencia, usamos outra função para fazer o re-ranqueamento. Então, comparamos a melhor pose obtida com a primeira função de pontuação com a segunda. Nesse caso, duas coisas podem ocorrer: (1) As duas funções acusam a mesma pose como a melhor; (2) A segunda função atribui melhor pontuação a uma pose diferente da primeira. Nesse último caso, utilizamos a pose com melhor pontuação apontada no re-ranqueamento.
Essa é uma forma de eliminar falsos positivos. Então, como se dá essa verificação no programa que está trabalhando?
Desde já agradeço.
Maurício Brito
Leonardo Viana das Chagas Lima
Olá, Maurício! Obrigado pela interesse no trabalho!
O objetivo do dock2ONIOM é automatizar e facilitar a conversão de resultados de docking molecular em arquivos de entrada para cálculos ONIOM em softwares de estrutura eletrônica, desse modo, não é realizado o rescoring no software.
A ideia do uso do ONIOM é obter resultados baseados em métodos de estrutura eletrônica para os complexos proteína-ligante e utilizar esses resultados para o ranqueamento das poses obtidas no docking (rescoring), assim, a função de scoring tradicional do estudo de docking seria utilizada para a redução do número de poses avaliadas (métodos de estrutura eletrônica possuem custo computacional bem mais elevado) como uma pré seleção.
A abordagem de consensus scoring normalmente diz respeito ao processo de combinação de diferentes scores (obtidas com diferentes funções de scoring) em uma nova métrica única, o que normalmente gera uma acurácia superior. Essa abordagem poderia ser adotada combinando o score do docking e o score obtido pelos métodos de estrutura eletrônica.
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Leonardo Viana das Chagas Lima
Olá, Guilherme! Obrigado pelo interesse no trabalho!
(1) O estado de protonação é definido como a variante mais abundante para a espécie de interesse no pH avaliado (fornecido pelo usuário).
Para proteínas, utilizamos o pacote OpenMM para determinar o estado preferencial de ionização dos resíduos (baseado no pKa).
Para o ligante, utilizamos o OpenBabel para a determinação do estado de protonação preferencial. Isso é feito com uma abordagem baseada na presença de subestruturas ionizáveis.
(2) A versão atual prepara inputs para Gaussian, porém estamos trabalhando para incluir NWChem. Aceitamos outras sugestões de softwares que sejam de interesse da comunidade!
(3) Há uma variante open source do PyMol (https://github.com/schrodinger/pymol-open-source), já que foi inicialmente registrado assim e era o desejo do seu autor original. A Schrödinger mantém a versão open-source e possui também uma versão paga (Incentive PyMOL) com manutenção e suporte. O desejo final é substituir o uso do pacote PyMol por código totalmente original. No entanto, no momento, por questões de tempo e performance, a primeira versão funcional apresenta essa dependência.
Leonardo Viana das Chagas Lima
Me desculpe, deixei passar uma parte da resposta.
(1) De fato, o estado de protonação é definido antes do docking. Essa etapa é necessária no dock2ONIOM pois diversos softwares de docking usam apenas hidrogênios "polares" e para os cálculos de estrutura eletrônica são necessários todos os hidrogênios explícitos no sistema (é uma etapa de ajuste). O tipo de abordagem que utilizamos na definição do estado de protonação é o mesmo que normalmente é empregado para os estudos de docking. Se o usuário fornecer um resultado de docking com todos os hidrogênios presentes e em um estado de protonação definido, ele pode desligar essa etapa do dock2ONIOM (para o ligante, para a proteína ou ambos) e aproveitar do restante das etapas apenas.
Guilherme Duarte Ramos Matos
Muito obrigado pela resposta; trabalhos de desenvolvimento de software são mais interessantes ao meu ver.
Entendi: se os hidrogênios do ligante forem tratados explicitamente já na etapa de docking, então a etapa pode ser pulada. Muito bom!
Sugestão: havendo tempo hábil ou aluno de IC disponível, já pensou em, além do Gaussian e do NWChem, incluir inputs para o GAMESS? É bastante utilizado por grupos de pesquisa que optam por não comprar a licença do Gaussian.
Leonardo Viana das Chagas Lima
Obrigado novamente pelo interesse e pela sua sugestão! Já vou incluir a geração de input para GAMESS na lista de implementações seguintes! Qualquer outra sugestão é bem-vinda! Sinta-se a vontade para entrar em contato ([email protected]), caso deseje!