Diese Arbeit wurde unterstützt von der Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz), der Fundação para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico em Saúde (Fiotec), dem Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Epidemiologia da Amazônia Ocidental - INCT-EpiAmO, der Fundação Rondônia de Amparo ao Desenvolvimento das Ações Científicas e Tecnológicas e à Pesquisa do Estado de Rondônia (FAPERO), die Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) und der Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

1. Zugriff auf die Software und Registrierung neuer Benutzer
<ol><li>Besuchen Sie die Webseite von Visual Dynamics (VD). Klicken Sie oben rechts auf das Symbol +Registrieren , um ein Konto zu erstellen. Registrieren Sie sich, um die Software zu nutzen. HINWEIS: Es sind nur institutionelle E-Mail-Adressen zulässig. Der Benutzer erhält eine E-Mail-Benachrichtigung, sobald seine Registrierung genehmigt wurde.</li>
	<li>Klicken Sie oben rechts auf Anmelden , um auf den Anmeldebildschirm des Systems zuzugreifen. Füllen Sie die Felder Benutzername/E-Mail und Passwort aus und klicken Sie auf Anmelden. Nach der Anmeldung hat der Benutzer Zugriff auf seinen Einreichungsbereich für Simulationen. Sie können auch Tutorials und Nutzungsstatistiken für VD anzeigen.</li>
</ol>2. Einreichung der Apoenzym-Simulation
<ol><li>Klicken Sie in der linken Seitenleiste auf Neue Simulation . Klicken Sie auf dem angezeigten Bildschirm auf die Schaltfläche APO, die sich auf das Apoenzym bezieht.</li>
	<li>Laden Sie die kostenlose Proteindatei 4mvg.pdb hoch. Wählen Sie das AMBER94 Kraftfeld (oder eine andere geeignete Option). HINWEIS: 4mvg.pdb kann aus der Ergänzungsdatei 1 bezogen oder direkt von der Proteindatenbank (PDB) heruntergeladen werden.</li>
	<li>Wählen Sie das TIP3P-Wassermodell aus. Wählen Sie den kubischen Quader aus. Wählen Sie einen Abstand von 0,5 nm zwischen Protein und Box-Rand. HINWEIS: Bei den ausgewählten Optionen handelt es sich nur um Vorschläge. Alle anderen Optionen funktionieren in VD.</li>
	<li>Aktivieren Sie die Option Auf unseren Servern ausführen , um die Simulation mit den übermittelten Dateien und Parametern auszuführen. Nach dem Klicken auf Simulation ausführen sieht der Benutzer die Entwicklung der Simulationsschritte auf dem Bildschirm und erhält nach Abschluss eine E-Mail-Benachrichtigung über den Simulationsstatus.</li>
</ol>3. Einreichung der Simulation eines Enzyms, das mit einem in ACPYPE hergestellten Liganden komplexiert ist
<ol><li>Öffnen Sie mit UCSF Chimera20 den Protein-Liganden-Komplex 4mgv.pdb41, klicken Sie unter Select auf Residue, und legen Sie den Code auf D5I fest. Klicken Sie dann unter Datei auf PDB speichern, wählen Sie Nur ausgewählte Atome speichern, legen Sie den Dateinamen auf ligand.pdb fest, und klicken Sie auf Speichern.</li>
	<li>Übermitteln Sie die im vorherigen Schritt generierte Datei ligand.pdb an den Bio2Byte ACPYPE-Server42, wobei aus den Ausgabedateien ligand_NEW.itp und ligand_NEW.pdb in diesem Experiment verwendet und bereitgestellt werden. HINWEIS: Die Dateien ligand_NEW.itp und ligand_NEW.pdb können aus den Zusatzdateien 2 und 3 abgerufen werden.</li>
	<li>Klicken Sie in der linken Seitenleiste auf Neue Simulation . Klicken Sie auf die Schaltfläche Protein + Ligand (in ACPYP hergestellt).</li>
	<li>Laden Sie die kostenlose Proteindatei 4mvg.pdb hoch. Wählen Sie die in ACPYPE vorbereiteten Ligandendateien aus: ligand_NEW.itp und ligand_NEW.pdb. Wählen Sie das AMBER94 Kraftfeld aus.</li>
	<li>Wählen Sie das TIP3P-Wassermodell aus. Wählen Sie den kubischen Quader aus. Wählen Sie einen Abstand von 0,5 nm zwischen Protein und Box-Rand. Bei den ausgewählten Optionen handelt es sich lediglich um Vorschläge. Alle anderen Optionen funktionieren in VD.</li>
	<li>Aktivieren Sie die Option Auf unseren Servern ausführen , um die Simulation mit den übermittelten Dateien und Parametern auszuführen. Nach dem Klicken auf Simulation ausführen sieht der Benutzer die Entwicklung der Simulationsschritte auf dem Bildschirm und erhält nach Abschluss eine E-Mail-Benachrichtigung über den Simulationsstatus.</li>
</ol>4. Zugriff auf die Simulationsergebnisse
<ol><li>Klicken Sie in der linken Seitenleiste auf Meine Simulationen .</li>
	<li>Klicken Sie auf MDP-Dateien herunterladen , um die von der Plattform verwendeten Simulationskonfigurationsdateien auf den Computer des Benutzers herunterzuladen.</li>
	<li>Laden Sie Simulationselemente wie unten beschrieben herunter.<ol><li>Klicken Sie auf Befehle , um die Liste der von der Plattform ausgeführten Befehle auf den Computer des Benutzers herunterzuladen.</li>
		<li>Klicken Sie auf GROMACS Log , um die Protokolldatei mit den nacheinander ausgegebenen .gmx-Befehlen auf den Computer des Benutzers herunterzuladen.</li>
		<li>Klicken Sie auf Ergebnisse , um Dateien, die mit .gmx-Befehlen generiert wurden, wie z. B. _npt.gro, _pr.edr, _pr.tpr, _pr_PBC.gro und pr_PBC.xtc, auf den Computer des Benutzers herunterzuladen.</li>
		<li>Klicken Sie auf Figurengrafiken , um Diagramme zur Analyse der einzelnen Simulationsschritte im Bild- und .xvg-Format auf den Computer des Benutzers herunterzuladen.</li>
	</ol></li>
</ol>

Visuelle Dynamik: Vereinfachung von Molekulardynamik-Simulationen

<ol>
	<li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The IUPAC Compendium of Chemical Terminology: The Gold Book. , (2019).</li><li>Karplus, M., McCammon, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+dynamics+simulations+of+biomolecules.">Molecular dynamics simulations of biomolecules.</a> Nat Str Biol. 9 (9), 646-652 (2002).</li><li>Adcock, S. A., McCammon, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+dynamics:+Survey+of+methods+for+simulating+the+activity+of+proteins.">Molecular dynamics: Survey of methods for simulating the activity of proteins.</a> Chem Rev. 106 (5), 1589-1615 (2006).</li><li>Stillinger, F. H., Rahman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+simulation+of+liquid+water+by+molecular+dynamics.">Improved simulation of liquid water by molecular dynamics.</a> J Chem Phys. 60 (4), 1545-1557 (1974).</li><li>Zinovjev, K., Van Der Kamp, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enlighten2:+molecular+dynamics+simulations+of+protein-ligand+systems+made+accessible.">Enlighten2: molecular dynamics simulations of protein-ligand systems made accessible.</a> Bioinformatics. 36 (20), 5104-5106 (2020).</li><li>McCammon, J. A., Gelin, B. R., Karplus, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+folded+proteins.">Dynamics of folded proteins.</a> Nature. 267 (5612), 585-590 (1977).</li><li>Berendsen, H. J. C., Van Der Spoel, D., Van Drunen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GROMACS:+A+message-passing+parallel+molecular+dynamics+implementation.">GROMACS: A message-passing parallel molecular dynamics implementation.</a> Comp Phys Comm. 91 (1-3), 43-56 (1995).</li><li>Pearlman, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMBER,+a+package+of+computer+programs+for+applying+molecular+mechanics,+normal+mode+analysis,+molecular+dynamics+and+free+energy+calculations+to+simulate+the+structural+and+energetic+properties+of+molecules.">AMBER, a package of computer programs for applying molecular mechanics, normal mode analysis, molecular dynamics and free energy calculations to simulate the structural and energetic properties of molecules.</a> Comp Phys Comm. 91 (1-3), 1-41 (1995).</li><li>Nelson, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NAMD:+A+parallel,+object-oriented+molecular+dynamics+program.">NAMD: A parallel, object-oriented molecular dynamics program.</a> Int J Supercomp Appl High Performance Comp. 10 (4), 251-268 (1996).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Art of human-computer interface design. , (1990).</li><li>Wigdor, D., Wixon, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brave NUI World: Designing Natural User Interfaces for Touch and Gesture. , (2014).</li><li>Unwin, A., Heike, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> GUI and Command-line - Conflict or Synergy. , (2000).</li><li>Clark, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+Web+Applications.">Developing Web Applications.</a> Beginning C# Object-Oriented Programming. , 243-263 (2011).</li><li>Eswar, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+protein+structure+modeling+using+Modeller.">Comparative protein structure modeling using Modeller.</a> Curr Protoc Bioinformatics. 5 (5.6), (2006).</li><li>Morris, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AutoDock4+and+AutoDockTools4:+Automated+docking+with+selective+receptor+flexibility.">AutoDock4 and AutoDockTools4: Automated docking with selective receptor flexibility.</a> J Comp Chem. 30 (16), 2785-2791 (2009).</li><li>Van Der Spoel, D., Lindahl, E., Hess, B., Groenhof, G., Mark, A. E., Berendsen, H. J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GROMACS:+Fast,+flexible,+and+free.">GROMACS: Fast, flexible, and free.</a> J Comp Chem. 26 (16), 1701-1718 (2005).</li><li>Guex, N., Peitsch, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SWISS-MODEL+and+the+Swiss-Pdb+Viewer:+An+environment+for+comparative+protein+modeling.">SWISS-MODEL and the Swiss-Pdb Viewer: An environment for comparative protein modeling.</a> Electrophoresis. 18 (15), 2714-2723 (1997).</li><li>. The PyMOL molecular graphics system Available from: <a target="_blank" href="https://pymol.org/">https://pymol.org/</a> (2023)</li><li>Humphrey, W., Dalke, A., Schulten, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VMD:+Visual+molecular+dynamics.">VMD: Visual molecular dynamics.</a> J Mol Graph. 14 (1), 33-38 (1996).</li><li>Pettersen, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UCSF+Chimera-A+visualization+system+for+exploratory+research+and+analysis.">UCSF Chimera-A visualization system for exploratory research and analysis.</a> J Comp Chem. 25 (13), 1605-1612 (2004).</li><li>. PyRx-python prescription v. 0.8 Available from: <a target="_blank" href="https://pyrx.sourceforge.io/">https://pyrx.sourceforge.io/</a> (2023)</li><li>. PyRx-python prescription v. 0.8 Available from: <a target="_blank" href="https://pyrx.sourceforge.io/">https://pyrx.sourceforge.io/</a> (2023)</li><li>. Maestro Available from: <a target="_blank" href="https://www.schrodinger.com/platform/products/maestro/">https://www.schrodinger.com/platform/products/maestro/</a> (2024)</li><li>. Molecular operating environment (MOE) Available from: <a target="_blank" href="https://www.chemcomp.com/en/Products.htm">https://www.chemcomp.com/en/Products.htm</a> (2023)</li><li>. The Syntax, Vocabulary and APIs of HTML5 Available from: <a target="_blank" href="https://dev.w3.org/html5/html-author/">https://dev.w3.org/html5/html-author/</a> (2023)</li><li>. Cascading Style Sheets Available from: <a target="_blank" href="https://www.w3.org/Style/CSS/">https://www.w3.org/Style/CSS/</a> (2023)</li><li>. ECMAScript 2020 language specification, 11th edition Available from: <a target="_blank" href="https://www.ecma-international.org/publications-and-standards/standards/ecma-262/">https://www.ecma-international.org/publications-and-standards/standards/ecma-262/</a> (2023)</li><li>Pieper, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ModBase,+a+database+of+annotated+comparative+protein+structure+models,+and+associated+resources.">ModBase, a database of annotated comparative protein structure models, and associated resources.</a> Nucleic Acids Res. 39 (Database), D465-D474 (2011).</li><li>Kiefer, F., Arnold, K., Kunzli, M., Bordoli, L., Schwede, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+SWISS-MODEL+Repository+and+associated+resources.">The SWISS-MODEL Repository and associated resources.</a> Nucleic Acids Res. 37 (Database), D387-D392 (2009).</li><li>De Vries, S. J., Van Dijk, M., Bonvin, A. M. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+HADDOCK+web+server+for+data-driven+biomolecular+docking.">The HADDOCK web server for data-driven biomolecular docking.</a> Nat Prot. 5 (5), 883-897 (2010).</li><li>Grosdidier, A., Zoete, V., Michielin, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SwissDock,+a+protein-small+molecule+docking+web+service+based+on+EADock+DSS.">SwissDock, a protein-small molecule docking web service based on EADock DSS.</a> Nucleic Acids Res. 39 (suppl), W270-W277 (2011).</li><li>Kozakov, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ClusPro+web+server+for+protein-protein+docking.">The ClusPro web server for protein-protein docking.</a> Nat Prot. 12 (2), 255-278 (2017).</li><li>Santos, K. B., Guedes, I. A., Karl, A. L. M., Dardenne, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+flexible+ligand+docking:+Benchmarking+of+the+DockThor+program+on+the+LEADS-PEP+protein-peptide+data+set.">Highly flexible ligand docking: Benchmarking of the DockThor program on the LEADS-PEP protein-peptide data set.</a> J Chem Info Modeling. 60 (2), 667-683 (2020).</li><li>Ribeiro, J. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=QwikMD+-+Integrative+molecular+dynamics+toolkit+for+novices+and+experts.">QwikMD - Integrative molecular dynamics toolkit for novices and experts.</a> Sci Rep. 6 (1), 26536 (2016).</li><li>Rodr&#237;guez Mart&#237;nez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASGARD. A simple and automatic GROMACS tool to analyze Molecular Dynamic simulations. , (2023).</li><li>Singh, H., Raja, A., Prakash, A., Medhi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gmx_qk:+An+automated+protein/protein-ligand+complex+simulation+workflow+bridged+to+MM/PBSA,+based+on+Gromacs+and+Zenity-Dependent+GUI+for+beginners+in+MD+simulation+study.">Gmx_qk: An automated protein/protein-ligand complex simulation workflow bridged to MM/PBSA, based on Gromacs and Zenity-Dependent GUI for beginners in MD simulation study.</a> J Chem Info Modeling. 63 (9), 2603-2608 (2023).</li><li>Yekeen, A. A., Durojaye, O. A., Idris, M. O., Muritala, H. F., Arise, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CHAPERONg:+A+tool+for+automated+GROMACS-based+molecular+dynamics+simulations+and+trajectory+analyses.">CHAPERONg: A tool for automated GROMACS-based molecular dynamics simulations and trajectory analyses.</a> Comp Str Biotechnol J. 21, 4849-4858 (2023).</li><li>Bayarri, G., Andrio, P., Hospital, A., Orozco, M., Gelp&#237;, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BioExcel+building+blocks+workflows+(BioBB-Wfs),+an+integrated+web-based+platform+for+biomolecular+simulations.">BioExcel building blocks workflows (BioBB-Wfs), an integrated web-based platform for biomolecular simulations.</a> Nucleic Acids Res. 50 (W1), (2022).</li><li>Vieira, I. H. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+dynamics:+a+WEB+application+for+molecular+dynamics+simulation+using+GROMACS.">Visual dynamics: a WEB application for molecular dynamics simulation using GROMACS.</a> BMC Bioinfo. 24 (1), 107 (2023).</li><li>Sch&#252;ttelkopf, A. W., Van Aalten, D. M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PRODRG:+a+tool+for+high-throughput+crystallography+of+protein-ligand+complexes.">PRODRG: a tool for high-throughput crystallography of protein-ligand complexes.</a> Acta Crystallographica Sect D Biol Crystallography. 60 (8), 1355-1363 (2004).</li><li>Harikishore, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adamantyl+derivative+as+a+potent+inhibitor+of+Plasmodium+FK506+binding+protein+35.">Adamantyl derivative as a potent inhibitor of Plasmodium FK506 binding protein 35.</a> ACS Med Chem Lett. 4 (11), 1097-1101 (2013).</li><li>Sousa Da Silva, A. W., Vranken, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ACPYPE+-+AnteChamber+PYthon+Parser+interfacE.">ACPYPE - AnteChamber PYthon Parser interfacE.</a> BMC Res Notes. 5 (1), 367 (2012).</li><li>. Gromacs developmet and developers Available from: <a target="_blank" href="https://www.gromacs.org/development.html">https://www.gromacs.org/development.html</a> (2023)</li><li>Andrio, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BioExcel+building+blocks,+a+software+library+for+interoperable+biomolecular+simulation+workflows.">BioExcel building blocks, a software library for interoperable biomolecular simulation workflows.</a> Sci Data. 6 (1), 169 (2019).</li><li>P&#225;ll, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterogeneous+parallelization+and+acceleration+of+molecular+dynamics+simulations+in+GROMACS.">Heterogeneous parallelization and acceleration of molecular dynamics simulations in GROMACS.</a> J Chem Phys. 153 (13), 134110 (2020).</li></ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die Automatisierung von Prozessen ist nicht einfach, aber auch weniger schwierig, als ein System von Grund auf neu zu programmieren. Gromacs ist derzeit die beliebteste molekulare Simulationssoftware und wird ständig aktualisiert. Das Institut für Biophysikalische Chemie der Universität Groningen hat es ursprünglich entwickelt und wird heute vom Labor für Biowissenschaften der Universität Stockholmbetreut 43.
Für jeden neuen Benutzer ist das Erlernen von Simulati...

Nach der IUPAC-Definition ist MD das Simulationsverfahren, das darin besteht, die Bewegung von Atomen in einem Molekül oder von einzelnen Atomen oder Molekülen in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen nach den Newtonschen Bewegungsgesetzen zu berechnen. Die auf Atome wirkenden Kräfte, die notwendig sind, um ihre Bewegung zu simulieren, werden üblicherweise mit Hilfe von Kraftfeldern aus der Molekularmechanikberechnet 1. Es kann auf jedes Phänomen angewendet werden, das versucht, Informationen auf molekularer und oft atomarer Ebene zu extrahieren2.
MD ist eine der Techniken, die in die Bioinformatik integriert sind, insbesondere in die strukturelle Bioinformatik. Damit ist es möglich, kinetische und thermodynamische Eigenschaften biomolekularer Strukturen zu erhalten. Zum Beispiel die makromolekulare Stabilität, die Identifizierung allosterischer Stellen, die Aufklärung der Mechanismen der enzymatischen Aktivität, die molekulare Erkennung und die Eigenschaften von Komplexen mit kleinen Molekülen, die Assoziation zwischen Proteinen, die Proteinfaltung und ihre Hydratation3. Darüber hinaus ermöglicht MD eine breite Palette von Studien, einschließlich des molekularen Designs (das im Wirkstoffdesign weit verbreitet ist), zur Bestimmung der Struktur und ihrer Verfeinerung (Röntgen-, NMR- und Proteinmodellierung)3. Die Ergebnisse, die am Ende einer MD erzielt werden, sind die reichhaltigsten und vollständigsten in Bezug auf die Nicht-Quantensimulation4. Die klassische MD ist aufgrund der Vielzahl substantieller Approximationen viel effizienter, als man bei einer vollständigen Berücksichtigung der Physik biomolekularer Systeme erwarten könnte. Bemerkenswert ist, dass quantendynamische Effekte in der Regel ignoriert werden3. Die Implementierung eines MD-Experiments ist jedoch nicht trivial5. Es erfordert Kenntnisse in der Informatik, insbesondere im Linux-Terminal, da die meisten strukturellen Bioinformatik-Software dafür gemacht sind. Selbst mit diesem Wissen ist das Erlernen von Gromacs-Befehlen und Parametrisierung eine weitere steile Lernkurve.
Seit seiner ersten Anwendung in der Biologie im Jahr 19776 hat sich viel weiterentwickelt, was auf eine verstärkte Rechenverarbeitung und eine verbesserte Kodierung zurückzuführen ist. Vor mehr als zwei Jahrzehnten wurde die erste MD-Software für biologische Probleme auf den Markt gebracht, nämlich Gromacs7, AMBER8 und NAMD9.
Seit ihren ersten Versionen sind diese Software immer noch die am häufigsten verwendeten und zitierten. Sie haben jedoch weiterhin die gleichen allgemeinen Implementierungsschwierigkeiten, die Forscher plagen, die keine Computerspezialisten sind5. Einige haben komplexe Installations- und Konfigurationsschritte, die manchmal umfangreiche Kenntnisse über die Hardware erfordern, auf der sie ausgeführt werden, um das Beste daraus zu machen, und eine stark computerzentrierte technische Dokumentation. Eine einfachere Möglichkeit, mit ihnen zu kommunizieren, abgesehen von der Befehlszeile und unendlichen Parametern, ist erforderlich.
Eine Schnittstelle fungiert als Vermittler zwischen dem auszuführenden logischen Prozess und dem Menschen10. Das Paradigma, wie Software ausgeführt wird, hat sich mit der Verbesserung der Rechenressourcen weiterentwickelt. Das erste digitale Paradigma waren die Command Line Interfaces (CLI), gefolgt von der Entwicklung zu den bekannten grafischen Benutzeroberflächen (GUI)11. Dem Evolutionszyklus folgend, wird die vom World Wide Web (oder einfach WEB) erzeugte Schnittstelle als eine Evolution der GUIsbetrachtet 11. Diese drei Paradigmen existieren derzeit je nach Entwickler nebeneinander. CLI-Anwendungen verwenden Textbefehle auf der Betriebssystemkonsole. GUI-Anwendungen, auch grafische Desktops genannt, verwenden eine grafische Oberfläche, die aus Fenstern, Schaltflächen und anderen Komponenten besteht. Es ist spezifisch und für ein Betriebssystem vorprogrammiert. Der Hauptunterschied zur CLI besteht in der Verwendung der Maus als zusätzliches Element in der Mensch-Maschine-Interaktion12. WEB-Anwendungen sind zwar mit einer GUI verwechselt, aber komplexer in der Entwicklung, aber vielseitiger und bei weitem am agilsten im Betrieb. Darüber hinaus hängen sie nur von einer Interpretersoftware ab, die als Browser bezeichnet wird und die es der Client-Anwendung ermöglicht, mit dem Server über ein vom Betriebssystemunabhängiges Netzwerk 13 zu kommunizieren.
Strukturelle Bioinformatik-Software verwendet am häufigsten CLI- und GUI-Paradigmen. Einige Beispiele für klassische Software, die CLI verwendet, sind Modeller14 für die Ähnlichkeitsmodellierung, Autodock15 für molekulares Docking und Gromacs16 für die Molekulardynamik. Beispiele für Software, die den GUI-Typ verwenden, sind unter anderem SwissPDBviewer17, Pymol18, VMD19, UCSF Chimera20, Autodock Tools15, PyRx21, Biovia22, Maestro23 und Moe24.
Mit dem Aufkommen der Hypertext Markup Language Version 5 (HTML5)25, Cascading Style Sheets (CSS)26 und Javascript27 konnten unter anderem viele strukturelle Bioinformatik-Anwendungen ins WEB gebracht und so leichter zugänglich gemacht werden. Beispiele für Similarity Modeling WEB-Server sind MODWEB28, das Modeller14 als Backend verwendet, und Swissmodel29. Beispiele für Webanwendungsserver für molekulares Docking sind Haddock30, Swissdock31, Cluspro32, Dockthor33 und andere.
Während sich die Methoden der Strukturanalyse, Modellierung und des Andockens von CLI-Paradigmen zu GUI und schließlich zu WEB entwickelt haben, wird MD weiterhin hauptsächlich durch Befehlszeilenausführung (CLI-Typ) unterstützt. Es sind einige gute Initiativen entstanden, um dieses Panorama zu verbessern. Beispiele für diese Initiativen sind die Implementierung von Plugins in bestehende Software, wie z. B. das QwikMD-Plugin für VMD34, das GROMACS-Plugin für PyMOL und die Option für die Simulation der Molekulardynamik in UCSF Chimera20, einige neue und einfachere CLI-Anwendungen wie ASGARD35, Gmx_qk36 und CHAPERONg37 sowie eine robuste Webplattform, BioBB-Wfs38. Obwohl die Verwendung dieser Plugins und Anwendungen ein Fortschritt ist, ist ihre Implementierung für die meisten ungelernten Forscher immer noch eine Herausforderung. Häufige Schwierigkeiten sind Probleme bei der Installation und Konfiguration der MD-Software, die oft die vollständige Ausführung der Simulation beeinträchtigen5.
Im Jahr 2022 wurde die Visual Dynamics-Software für webbasierte Computersimulationen vom Laboratório de Bioinformática e Química Medicinal in Fiocruz Rondônia39 zur Verfügung gestellt. Die erste Version wurde in Python und Flask erstellt und ermöglichte Simulationen von Systemen mit freien Proteinen (Apoenzymen) für nur 2 ns. Anschließend wurde es um eine automatisierte Simulationsversion mit Liganden erweitert, die mit PRODRG40 präpariert wurden.
VD wurde entwickelt, um alle Forscher auf dem Gebiet der strukturellen Biophysik, Biotechnologie und verwandten Bereichen zu unterstützen, die nur begrenzte rechnerische Kenntnisse haben. Das Tool ermöglicht es diesen Forschern, ihre Hypothesen mit MD-Simulationen von jedem Betriebssystem aus und ohne Zugang zu einem Hochleistungsrechner (HPC) zu testen. Der Zweck dieser Arbeit besteht darin, die neuen Funktionen von Visual Dynamics Version 3.0 vorzustellen. Darüber hinaus soll ein aktualisiertes Nutzungsprotokoll für das Tool eingeführt und die in Zukunft zu behebenden Einschränkungen sowie Nutzungsstatistiken bis zum heutigen Zeitpunkt hervorgehoben werden (Abbildung 1).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ACPYPE Server</td>
			<td>Bio2Byte</td>
			<td></td>
			<td>Available at https://www.bio2byte.be/acpype/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GRACE software</td>
			<td>Plasma Laboratory at the Weizmann Institute of Science</td>
			<td></td>
			<td>Available at https://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GROMACS software</td>
			<td>GROMACS Team</td>
			<td></td>
			<td>Installation instructions at https://manual.gromacs.org/current/install-guide/index.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The structure of the FK506-binding protein 
			From Plasmodium vivax complexed with the 
			inhibitor D5</td>
			<td>RCSB Protein Data Bank</td>
			<td></td>
			<td>Available at https://www.rcsb.org/structure/4mgv 
			Already contains the ligand complexed to the macromolecule.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

new features in visual dynamics 3.0

Visual Dynamics (VD) ist ein Web-Tool, das darauf abzielt, die Verwendung und Anwendung von Molecular Dynamics (MD) zu erleichtern, das in Gromacs ausgeführt wird, und es Benutzern ohne rechnerische Erfahrung ermöglicht, Kurzzeitsimulationen zu Validierungs-, Demonstrations- und Lehrzwecken durchzuführen. Es stimmt, dass Quantenmethoden am genauesten sind. Derzeit gibt es jedoch keine rechnerische Machbarkeit, um die von MD durchgeführten Experimente durchzuführen. Das hier beschriebene Tool wurde in den letzten Jahren kontinuierlich verbessert. Dieses Protokoll beschreibt, was erforderlich ist, um eine Simulation in VD mit einem Protein-Liganden-Komplex durchzuführen, der zuvor in ACPYPE hergestellt wurde, und einige allgemeine Anweisungen zu den anderen verfügbaren Simulationsmodellen. Für die detaillierte Simulation wird das FK506-bindende Protein aus Plasmodium vivax verwendet, das mit dem Inhibitor D5 (PDB-ID: 4mgv) komplexiert ist, und alle verwendeten Dateien werden zur Verfügung gestellt. Beachten Sie, dass dieses Protokoll angibt, dass jede Option verwendet werden soll, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, aber diese Optionen sind nicht unbedingt die einzigen, die verfügbar sind.

According to the IUPAC definition, MD is the simulation procedure that consists of computing the motion of atoms in a molecule or of individual atoms or molecules in solids, liquids, and gases, according to Newton&#39;s laws of motion. The forces acting on atoms, necessary to simulate their motion, are commonly calculated using force fields from molecular mechanics1. It can be applied to any phenomenon that seeks to extract information at a molecular and often atomic level2.
MD is one of the techniques incorporated into bioinformatics, specifically structural bioinformatics. With it, it is possible to obtain kinetic and thermodynamic characteristics of biomolecular structures. For example, macromolecular stability, identification of allosteric sites, elucidation of mechanisms of enzymatic activity, molecular recognition and properties of complexes with small molecules, association between proteins, protein folding, and its hydration3. Furthermore, MD enables a wide range of studies, including molecular design (widely used in drug design), in determining the structure and its refinement (X-ray, NMR, and protein modeling)3. The results obtained at the end of an MD are the richest and most complete in terms of non-quantum simulation4.Classical MD is much more efficient than might be expected from a full consideration of the physics of biomolecular systems due to the number of substantial approximations. Notably, quantum dynamical effects are usually ignored3. However, implementing an MD experiment is not trivial5. It requires knowledge of computing, especially the Linux Terminal, as most structural bioinformatics software is made for it. Even with that knowledge, learning Gromacs commands and parametrization is another steep learning curve.
Since its first application to biology in 19776, much has evolved due to increased computational processing and improved coding. More than two decades ago, the first MD software intended for biological problems was launched, namely Gromacs7, AMBER8, and NAMD9.
Since their first versions, these software still remain the most used and cited. However, they continue with the same common implementation difficulties that plague researchers who are not computer specialists5.&#160;Some have complex installation and configuration steps, sometimes requiring extensive knowledge about the hardware it will run on to get the most out of it and highly computer-centric technical documentation. An easier way to interface with them, aside from the command line and infinite parameters, is needed.
An interface acts as an intermediary between the logical process to be performed and the human10. The paradigm of how software is executed has evolved as computing resources have improved. The first digital paradigm was the command line interfaces (CLI) followed by the evolution to the known graphical user interfaces (GUI)11. Following the evolutionary cycle, the interface produced by the World Wide Web (or simply WEB) is considered an evolution of GUIs11. These three paradigms currently co-exist depending on developers. CLI applications use textual commands on the operating system console. GUI applications, also called graphical desktops, use a graphical interface made up of windows, buttons, and other components. It is specific and pre-programmed for an operating system. The main difference from the CLI is the use of the mouse as an additional element in human-machine interaction12. WEB applications, despite being confused with a GUI, are more complex to develop but are more versatile and by far the most agile in operation. Furthermore, they only depend on an interpreter software called a browser, which makes it possible for the client application to communicate with the server through a network independent of the operating system13.
Structural bioinformatics software most commonly use CLI and GUI paradigms. Some examples of classic software that use CLI are Modeller14 for similarity modeling, Autodock15 for molecular docking, and Gromacs16 for molecular dynamics. Examples of software that adopt the GUI type are SwissPDBviewer17, Pymol18, VMD19, UCSF Chimera20, Autodock tools15, PyRx21, Biovia22, Maestro23, and Moe24, among others.
With the emergence of Hypertext Markup Language version 5 (HTML5)25, Cascading Style Sheets (CSS)26, and Javascript27 technologies, among others, many structural bioinformatics applications could be brought to the WEB, thus becoming more accessible. Examples of similarity modeling WEB servers are MODWEB28, which uses Modeller14 as a back-end and Swissmodel29. Examples of web application servers for molecular docking are Haddock30, Swissdock31, Cluspro32, Dockthor33, and others.
While structural analysis, modeling, and docking methodologies evolved from CLI paradigms to GUI and finally to WEB, MD continues to be mostly supported by command line execution (CLI type). Some good initiatives have emerged to improve this panorama. Examples of these initiatives are the implementation of plugins in existing software, such as QwikMD plugin to VMD34, GROMACS Plugin to PyMOL, and the Molecular Dynamics Simulation option in UCSF Chimera20, some new and easier CLI applications, such as ASGARD35, Gmx_qk36, and CHAPERONg37, and a robust web platform, BioBB-Wfs38.&#160;Although the use of these plugins and applications is an advance, their implementation is still a challenge for most unskilled researchers. Common difficulties include problems installing and configuring the MD software, which often compromise the full execution of the simulation5.
In 2022, the Visual Dynamics software for web-based computational simulation was made available by the Laborat&#243;rio de Bioinform&#225;tica e Qu&#237;mica Medicinal at Fiocruz Rond&#244;nia39. Its initial version was built in Python and Flask, allowing simulations of systems with free proteins (apoenzymes) for only 2 ns. Subsequently, it was enhanced to include an automated simulation version with ligands prepared using PRODRG40.
VD was built to assist all researchers in the field of structural biophysics, biotechnology, and related areas who have limitations in computational knowledge; the tool allows these researchers to test their hypotheses involving MD simulations from any operational system and without access to a high-performance computer (HPC). The purpose of this work is to present the new features of Visual Dynamics version 3.0. Additionally, it aims to introduce an updated usage protocol for the tool and highlight the limitations to be addressed in the future, along with usage statistics up to the present moment (Figure 1).

Autor im Rampenlicht: Optimierung der visuellen Dynamik zur Vereinfachung von Molekulardynamik-Simulationen mit Gromacs

Neue Funktionen in Visual Dynamics 3.0

Our objective is to provide the academic community with a tool that facilitates preparation and simulation using molecular dynamics. Is it possible to provide this goal in our web application? Is it possible for a beginner use it effectively?We seek to answer these questions with our software. There are many challenges in molecular dynamics. The ones that stand out among are the preparation in parameterization of ligands, the learning curve of simulation guidelines, the simulation time, and the implementation of new analysis.We are mainly addressing the learning curve for beginning research in creating a secret pipeline to guide all users, from beginners to advanced. The high demand for access to this tool demonstrates a gap in bioscience research. We believe that the development of this tool represents a significant advancement in the use and learning of molecular dynamics.Consequently, more people will be able to implement these tests in their research. In the future, we intend to expand the parameterization and execution of complex simulation with more force fields.

VD bietet eine vollständig autonome Simulationsausführung, die keine Benutzereingriffe oder vom Benutzer bereitgestellte Rechenressourcen erfordert. Nachdem der Benutzer eine Simulation zur Ausführung eingereicht hat, kann er sie verlassen, seine Computer ausschalten und die Simulation wird weiter ausgeführt. Es ermöglicht Benutzern auch, von jedem Gerät aus auf die Ergebnisse zuzugreifen, sei es ein Laptop oder ein mobiles Gerät.
Als Beispiel für die Verwendung von VD im automatisiert...

Visual Dynamics ist ein Open-Source-Tool, das die Implementierung und das Lernen in der Molekulardynamik-Simulation mit Gromacs beschleunigt. Das vorgestellte Protokoll führt Sie mit Leichtigkeit durch die Schritte zur Durchführung einer Protein-Liganden-Simulation, die in ACPYPE vorbereitet wurde, und durch allgemeine Schritte zu anderen Simulationsmodellen.

Visual Dynamics (VD) is a web tool that aims to facilitate the use and application of Molecular Dynamics (MD) executed in Gromacs, allowing users without ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

New Features in Visual Dynamics 3.0

412 Aufrufe.  Oswaldo Cruz Rondônia Foundation. Unser Ziel ist es, der akademischen Gemeinschaft ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, das die Vorbereitung und Simulation mit Hilfe der Molekulardynamik erleichtert. Ist es möglich, dieses Ziel in unserer Webanwendung bereitzustellen? Ist es für einen Anfänger möglich, es effektiv zu nutzen?Diese Fragen versuchen wir mit unserer Software zu beantworten. Es gibt viele Herausforderungen in der Molekulardynamik. Zu den herausragenden gehören die V...

Serie: Autor im Rampenlicht: Optimierung der visuellen Dynamik zur Vereinfachung von Molekulardynamik-Simulationen mit Gromacs

Visual Dynamics (VD) is a web tool that aims to facilitate the use and application of Molecular Dynamics (MD) executed in Gromacs, allowing users without computational familiarity to run short-time simulations for validation, demonstration, and teaching purposes. It is true that quantum methods are the most accurate. However, there is currently no computational feasibility to carry out the experiments that MD performs. The tool described here has continuously received improvements over the course of the last couple of years. This protocol will describe what is needed to run a simulation in VD with a protein-ligand complex previously prepared in ACPYPE and some general directions on the other simulation models available. For the detailed simulation, the FK506-binding protein from Plasmodium vivax complexed with the inhibitor D5 (PDB ID: 4mgv) will be used, and all files used will be provided. Note that this protocol will tell every option to be used to achieve the same results presented, but these options are not necessarily the only ones available.

Visual Dynamics is an open-source tool that accelerates implementations and learning in molecular dynamics simulation using Gromacs. The presented protocol will guide you through the steps to perform a protein-ligand simulation prepared in ACPYPE with ease and general steps to other simulation models.

Forschung

Biochemie

Molecular Dynamics Simulations with Visual Dynamics for Protein-Ligand Complex Studies

To begin, open the Visual Dynamics or VD webpage and click on login to access the system login screen. After logging in, the simulation submission area, tutorials, and usage statistics can be accessed. For APO enzymes simulation submission, click on new simulation in the sidebar and click on the button APO.Upload the free protein 4mgv. pdb file and select the AMBER94 Force field. Select the TIP3P water model, followed by the Cubic box.Select 0.5 nanometer distance between the protein and the box edge. Check the option run in our servers to execute the simulation. Using UCSF Chimera, open the protein ligand complex 4mgv.pdv, click residue, and set the code to D5I. Then under file, click save PDB, select save selected atoms only, set the file name to ligand. pdb, and click save.Go to the Bio2Byte ACPYPE server and submit the generated ligand. pdb file from the output files. Click on new simulation, followed by protein ligand.Upload the free protein 4mgv. pdb file and select the ligand files prepared in ACPYPE followed by MBER94 Force Field. Select the TIP3P water model followed by the Cubic box, and select 0.5 nanometer distance between protein and box edge.Check the option run in our servers to execute the simulation. Click on my simulations in the sidebar, and then on download MDP files to download the simulation configuration files used. Click commands to download the list of commands executed by the platform, and click GROMACS Log to download the LOG file containing GMX command outputs.Click results to download files generated by the GMX commands, and finally, click figure graphics to download graphs for analyzing each simulation step in image and XVG format to the computer. The protein backbone exhibited a root mean square deviation of less than 2.5 angstroms, and the radius of duration showed that the protein maintained its compactness in X, Y, and Z coordinates during the five nanosecond simulation. The average fluctuation distance of each amino acid in the protein structure, as shown by root mean square fluctuation, remained consistent throughout the five nanosecond simulation.The system stabilized with a maximum force of less than 1000 kilojoules per mol per nanometer during the energy minimization process.