Name: تسليط الضوء على المؤلف: تبسيط الديناميات المرئية لتبسيط محاكاة الديناميات الجزيئية باستخدام Gromacs
Uploaded: 2024-08-09T14:15:00
Description: 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 ...

وقد حظي هذا العمل بدعم من مؤسسة أوزوالدو كروز (فيوكروز)، ومؤسسة التنمية العلمية والتكنولوجية في مجال العلوم (فيوتيك)، والمعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا في علم الأوبئة في الأمازون الأوغندية، ومؤسسة روندونيا لأمبارو أو ديسينفولفيمنتو في أسويس العلوم والتكنولوجيا، ومعهد دراسات البيولوجيا (فابيرو)، والمجلس الوطني للمهندسين العلميين والتقنيين (CNPq).

1. الوصول إلى البرنامج وتسجيل مستخدم جديد
<ol><li>قم بزيارة صفحة ويب الديناميكيات البصرية (VD). انقر على أيقونة + تسجيل في أعلى اليمين لإنشاء حساب. سجل لاستخدام البرنامج. ملاحظة: يسمح فقط بعناوين البريد الإلكتروني المؤسسية. سيتلقى المستخدم إشعارا بالبريد الإلكتروني بمجرد ا?...

الديناميات البصرية: تبسيط محاكاة الديناميات الجزيئية

<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>

أتمتة العمليات ليست سهلة ، ولكنها أيضا أقل صعوبة من إعادة برمجة النظام من البداية. يعد Gromacs حاليا أكثر برامج المحاكاة الجزيئية شيوعا ، ويتم تحديثه باستمرار. قام قسم الكيمياء الفيزيائية الحيوية في جامعة جرونينجن بتطويره في البداية ، ويتم صيانته الآن من قبل مختبر علوم الحياة في جامعة ستوكهو...

وفقا لتعريف IUPAC ، فإن MD هو إجراء المحاكاة الذي يتكون من حساب حركة الذرات في جزيء أو الذرات أو الجزيئات الفردية في المواد الصلبة والسوائل والغازات ، وفقا لقوانين نيوتن للحركة. عادة ما يتم حساب القوى المؤثرة على الذرات ، اللازمة لمحاكاة حركتها ، باستخدام مجالات القوة من الميكانيكا الجزيئية1. يمكن تطبيقه على أي ظاهرة تسعى إلى استخراج المعلومات على المستوى الجزيئي وغالباالذري 2.
MD هي واحدة من التقنيات المدمجة في المعلوماتية الحيوية ، وتحديدا المعلوماتية الحيوية الهيكلية. مع ذلك ، من الممكن الحصول على الخصائص الحركية والديناميكية الحرارية للهياكل الجزيئية الحيوية. على سبيل المثال ، الاستقرار الجزيئي ، وتحديد المواقع الخيفية ، وتوضيح آليات النشاط الأنزيمي ، والتعرف الجزيئي وخصائص المجمعات ذات الجزيئات الصغيرة ، والارتباط بين البروتينات ، وطي البروتين ، وترطيبه3. علاوة على ذلك ، يتيح MD مجموعة واسعة من الدراسات ، بما في ذلك التصميم الجزيئي (المستخدم على نطاق واسع في تصميم الأدوية) ، في تحديد البنية وصقلها (الأشعة السينية ، الرنين المغناطيسي النووي ، ونمذجة البروتين)3. النتائج التي تم الحصول عليها في نهاية MD هي الأغنى والأكثر اكتمالا من حيث المحاكاة غير الكمومية4. MD الكلاسيكي هو أكثر كفاءة بكثير مما هو متوقع من النظر الكامل في فيزياء النظم الجزيئية الحيوية بسبب عدد من التقريب الكبير. والجدير بالذكر أن التأثيرات الديناميكية الكمومية عادة ما يتم تجاهلها3. ومع ذلك ، فإن تنفيذ تجربة MD ليس تافها5. يتطلب معرفة الحوسبة ، وخاصة Linux Terminal ، حيث أن معظم برامج المعلوماتية الحيوية الهيكلية مصنوعة لذلك. حتى مع هذه المعرفة ، فإن تعلم أوامر Gromacs والمعلمات هو منحنى تعليمي حاد آخر.
منذ تطبيقه لأول مرة على علم الأحياء في عام 19776 ، تطور الكثير بسبب زيادة المعالجة الحسابية وتحسين الترميز. منذ أكثر من عقدين من الزمن ، تم إطلاق أول برنامج MD مخصص للمشاكل البيولوجية ، وهو Gromacs7 و AMBER8 و NAMD9.
منذ إصداراتها الأولى ، لا تزال هذه البرامج هي الأكثر استخداما واستشهادا. ومع ذلك ، فإنهم يستمرون في نفس صعوبات التنفيذ الشائعة التي تصيب الباحثين الذين ليسوا متخصصين في الكمبيوتر5. يحتوي بعضها على خطوات تثبيت وتكوين معقدة ، تتطلب أحيانا معرفة واسعة حول الأجهزة التي سيتم تشغيلها لتحقيق أقصى استفادة منها ووثائق فنية تتمحور حول الكمبيوتر بدرجة عالية. هناك حاجة إلى طريقة أسهل للتفاعل معهم ، بصرف النظر عن سطر الأوامر والمعلمات اللانهائية.
تعمل الواجهة كوسيط بين العملية المنطقية التي يتعين القيام بها والإنسان10. تطور نموذج كيفية تنفيذ البرامج مع تحسن موارد الحوسبة. كان النموذج الرقمي الأول هو واجهات سطر الأوامر (CLI) متبوعا بالتطور إلى واجهات المستخدم الرسومية المعروفة (GUI)11. بعد الدورة التطورية ، تعتبر الواجهة التي تنتجها شبكة الويب العالمية (أو ببساطة الويب) تطورا لواجهات المستخدم الرسومية11. تتعايش هذه النماذج الثلاثة حاليا اعتمادا على المطورين. تستخدم تطبيقات CLI الأوامر النصية على وحدة تحكم نظام التشغيل. تستخدم تطبيقات واجهة المستخدم الرسومية ، والتي تسمى أيضا أجهزة سطح المكتب الرسومية ، واجهة رسومية تتكون من النوافذ والأزرار والمكونات الأخرى. إنه محدد ومبرمج مسبقا لنظام التشغيل. الفرق الرئيسي من CLI هو استخدام الماوس كعنصر إضافي في التفاعل بين الإنسانوالآلة 12. تطبيقات الويب ، على الرغم من الخلط بينها وبين واجهة المستخدم الرسومية ، أكثر تعقيدا في التطوير ولكنها أكثر تنوعا والأكثر مرونة في التشغيل. علاوة على ذلك ، فهي تعتمد فقط على برنامج مترجم يسمى المتصفح ، مما يجعل من الممكن لتطبيق العميل الاتصال بالخادم من خلال شبكة مستقلة عن نظام التشغيل13.
تستخدم برامج المعلوماتية الحيوية الهيكلية بشكل شائع نماذج CLI و GUI. بعض الأمثلة على البرامج الكلاسيكية التي تستخدم CLI هي Modeller14 لنمذجة التشابه ، و Autodock15 للإرساء الجزيئي ، و Gromacs16 للديناميكيات الجزيئية. أمثلة على البرامج التي تعتمد نوع واجهة المستخدم الرسومية هي SwissPDBviewer17 و Pymol18 و VMD19 و UCSF Chimera20 وأدوات Autodock15 و PyRx21 و Biovia22 و Maestro23 و Moe24 وغيرها.
مع ظهور لغة ترميز النص التشعبي الإصدار 5 (HTML5) 25 ، وأوراق الأنماط المتتالية (CSS) 26 ، وتقنيات Javascript27 ، من بين أمور أخرى ، يمكن جلب العديد من تطبيقات المعلوماتية الحيوية الهيكلية إلى الويب ، وبالتالي تصبح أكثر سهولة. أمثلة على نمذجة التشابه خوادم WEB هي MODWEB28 ، والتي تستخدم Modeller14 كواجهة خلفية و Swissmodel29. أمثلة على خوادم تطبيقات الويب للإرساء الجزيئي هي Haddock30 و Swissdock31 و Cluspro32 و Dockthor33 وغيرها.
بينما تطورت منهجيات التحليل الهيكلي والنمذجة والإرساء من نماذج CLI إلى واجهة المستخدم الرسومية وأخيرا إلى الويب ، لا يزال MD مدعوما في الغالب من خلال تنفيذ سطر الأوامر (نوع CLI). ظهرت بعض المبادرات الجيدة لتحسين هذه البانوراما. ومن الأمثلة على هذه المبادرات تنفيذ المكونات الإضافية في البرامج الحالية ، مثل المكون الإضافي QwikMD إلى VMD34 ، والمكون الإضافي GROMACS إلى PyMOL ، وخيار محاكاة الديناميات الجزيئية في UCSF Chimera20 ، وبعض تطبيقات CLI الجديدة والأسهل ، مثل ASGARD35 و Gmx_qk36 و CHAPERONg37 ، ومنصة ويب قوية ، BioBB-WFS38. على الرغم من أن استخدام هذه المكونات الإضافية والتطبيقات يعد تقدما ، إلا أن تنفيذها لا يزال يمثل تحديا لمعظم الباحثين غير المهرة. تشمل الصعوبات الشائعة مشاكل تثبيت برنامج MD وتكوينه ، والتي غالبا ما تعرض التنفيذ الكامل للمحاكاة للخطر5.
في عام 2022 ، تم توفير برنامج Visual Dynamics للمحاكاة الحسابية المستندة إلى الويب من قبل مختبر المعلومات الحيوية و Química Medical في Fiocruz Rondônia39. تم بناء نسخته الأولية في Python و Flask ، مما يسمح بمحاكاة الأنظمة ذات البروتينات الحرة (apoenzymes) مقابل 2 نانوثانية فقط. بعد ذلك ، تم تحسينه ليشمل نسخة محاكاة آلية مع روابط معدة باستخدام PRODRG40.
تم بناء VD لمساعدة جميع الباحثين في مجال الفيزياء الحيوية الهيكلية والتكنولوجيا الحيوية والمجالات ذات الصلة الذين لديهم قيود في المعرفة الحسابية ؛ تسمح الأداة لهؤلاء الباحثين باختبار فرضياتهم التي تتضمن محاكاة MD من أي نظام تشغيلي ودون الوصول إلى جهاز كمبيوتر عالي الأداء (HPC). الغرض من هذا العمل هو تقديم الميزات الجديدة ل Visual Dynamics الإصدار 3.0. بالإضافة إلى ذلك ، يهدف إلى تقديم بروتوكول استخدام محدث للأداة وتسليط الضوء على القيود التي يجب معالجتها في المستقبل ، إلى جانب إحصاءات الاستخدام حتى اللحظة الحالية (الشكل 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) هي أداة ويب تهدف إلى تسهيل استخدام وتطبيق الديناميكيات الجزيئية (MD) المنفذة في Gromacs ، مما يسمح للمستخدمين الذين ليس لديهم معرفة حسابية بتشغيل عمليات محاكاة قصيرة الوقت لأغراض التحقق من الصحة والعرض والتعليم. صحيح أن الطرق الكمومية هي الأكثر دقة. ومع ذلك ، لا توجد حاليا جدوى حسابية لإجراء التجارب التي يقوم بها MD. تلقت الأداة الموضحة هنا تحسينات مستمرة على مدار العامين الماضيين. سيصف هذا البروتوكول ما هو مطلوب لتشغيل محاكاة في VD مع مركب بروتين ليجند تم إعداده مسبقا في ACPYPE وبعض التوجيهات العامة حول نماذج المحاكاة الأخرى المتاحة. بالنسبة للمحاكاة التفصيلية ، سيتم استخدام البروتين المرتبط ب FK506 من Plasmodium vivax المعقد مع المانع D5 (معرف PDB: 4mgv) ، وسيتم توفير جميع الملفات المستخدمة. لاحظ أن هذا البروتوكول سيخبر كل خيار لاستخدامه لتحقيق نفس النتائج المقدمة ، ولكن هذه الخيارات ليست بالضرورة الخيارات الوحيدة المتاحة.

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).

تسليط الضوء على المؤلف: تبسيط الديناميات المرئية لتبسيط محاكاة الديناميات الجزيئية باستخدام Gromacs

الميزات الجديدة في 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.

يوفر VD تنفيذ محاكاة مستقل تماما لا يتطلب تدخل المستخدم أو الموارد الحسابية التي يوفرها المستخدم. بعد إرسال محاكاة للتنفيذ ، يمكن للمستخدم تركها وإيقاف تشغيل أجهزته وستستمر المحاكاة في العمل. كما يسمح للمستخدمين بالوصول إلى النتائج من أي جهاز ، سواء كان جهاز كمبيوتر محمول أو جهاز محمول.
...

Visual Dynamics هي أداة مفتوحة المصدر تعمل على تسريع عمليات التنفيذ والتعلم في محاكاة الديناميات الجزيئية باستخدام Gromacs. سيرشدك البروتوكول المقدم خلال خطوات إجراء محاكاة بروتين ليجند معدة في ACPYPE بسهولة وخطوات عامة لنماذج المحاكاة الأخرى.

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

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.

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.