Name: Författare i fokus: Strömlinjeformning av visuell dynamik för att förenkla simuleringar av molekyldynamik med hjälp av 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 ...

Detta arbete har fått stöd av Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz), Fundação para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico em Saúde (Fiotec), Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Epidemiologia da Amazônia Ocidental - INCT-EpiAmO, Fundação Rondônia de Amparo ao Desenvolvimento das Ações Científicas e Tecnológicas e à Pesquisa do Estado de Rondônia (FAPERO), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) och Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

1. Åtkomst till programvaran och registrering av nya användare
<ol><li>Besök webbsidan för Visual Dynamics (VD). Klicka på +Registrera-ikonen längst upp till höger för att skapa ett konto. Registrera dig för att använda programvaran. OBS: Endast institutionella e-postadresser är tillåtna. Användaren kommer att få ett e-postmeddelande när deras registrering har godkänts.</li>
	<li>Klicka på Logga in längst upp till höger för att komma åt systemet...

Visuell dynamik: Förenkla simuleringar av molekyldynamik

<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>

Att automatisera processer är inte lätt, men det är också mindre svårt än att programmera om ett system från grunden. Gromacs är för närvarande den mest populära programvaran för molekylär simulering, och den uppdateras ständigt. Institutionen för biofysikalisk kemi vid Groningens universitet utvecklade den från början, och den underhålls nu av Life Sciences Laboratory vid Stockholms universitet43.
För alla nya användare är det en lång resa att lä...

Enligt IUPAC-definitionen är MD den simuleringsprocedur som består av att beräkna rörelsen hos atomer i en molekyl eller hos enskilda atomer eller molekyler i fasta ämnen, vätskor och gaser, enligt Newtons rörelselagar. Krafterna som verkar på atomer, nödvändiga för att simulera deras rörelse, beräknas vanligtvis med hjälp av kraftfält från molekylmekanik1. Det kan tillämpas på alla fenomen som försöker extrahera information på molekylär och ofta atomär nivå2.
MD är en av de tekniker som ingår i bioinformatik, särskilt strukturell bioinformatik. Med det är det möjligt att erhålla kinetiska och termodynamiska egenskaper hos biomolekylära strukturer. Till exempel makromolekylär stabilitet, identifiering av allosteriska platser, klarläggande av mekanismer för enzymatisk aktivitet, molekylär igenkänning och egenskaper hos komplex med små molekyler, samband mellan proteiner, proteinveckning och dess hydrering3. Dessutom möjliggör MD ett brett spektrum av studier, inklusive molekylär design (som ofta används inom läkemedelsdesign), för att bestämma strukturen och dess förfining (röntgen, NMR och proteinmodellering)3. Resultaten som erhålls i slutet av en MD är de rikaste och mest kompletta när det gäller icke-kvantsimulering4. Klassisk MD är mycket effektivare än vad som kan förväntas från en fullständig hänsyn till fysiken hos biomolekylära system på grund av antalet betydande approximationer. Noterbart är att kvantdynamiska effekter vanligtvis ignoreras3. Att implementera ett MD-experiment är dock inte trivialt5. Det kräver kunskap om datorer, särskilt Linux Terminal, eftersom de flesta strukturella bioinformatikprogram är gjorda för det. Även med den vetskapen är det en annan brant inlärningskurva att lära sig Gromacs kommandon och parametrisering.
Sedan dess första tillämpning på biologi1977 6 har mycket utvecklats på grund av ökad beräkningsbearbetning och förbättrad kodning. För mer än två decennier sedan lanserades den första MD-programvaran avsedd för biologiska problem, nämligen Gromacs7, AMBER8 och NAMD9.
Sedan deras första versioner är dessa program fortfarande de mest använda och citerade. De fortsätter dock med samma vanliga implementeringssvårigheter som plågar forskare som inte är dataspecialister5. Vissa har komplexa installations- och konfigurationssteg, som ibland kräver omfattande kunskap om hårdvaran som den kommer att köras på för att få ut det mesta av den och mycket datorcentrerad teknisk dokumentation. Det behövs ett enklare sätt att samverka med dem, förutom kommandoraden och oändliga parametrar.
Ett gränssnitt fungerar som en mellanhand mellan den logiska processen som ska utföras och den mänskliga10. Paradigmet för hur programvara körs har utvecklats i takt med att datorresurserna har förbättrats. Det första digitala paradigmet var kommandoradsgränssnitten (CLI) följt av utvecklingen till de kända grafiska användargränssnitten (GUI)11. Efter den evolutionära cykeln anses gränssnittet som produceras av World Wide Web (eller helt enkelt WEB) vara en utveckling av GUIs11. Dessa tre paradigm existerar för närvarande tillsammans beroende på utvecklare. CLI-program använder textkommandon i operativsystemkonsolen. GUI-applikationer, även kallade grafiska skrivbord, använder ett grafiskt gränssnitt som består av fönster, knappar och andra komponenter. Den är specifik och förprogrammerad för ett operativsystem. Den största skillnaden från CLI är användningen av musen som ett extra element i interaktionen mellan människa och maskin:12. WEB-applikationer, trots att de förväxlas med ett GUI, är mer komplexa att utveckla men är mer mångsidiga och överlägset de mest smidiga i drift. Dessutom är de endast beroende av ett tolkprogram som kallas webbläsare, vilket gör det möjligt för klientapplikationen att kommunicera med servern via ett nätverk som är oberoende av operativsystemet13.
Programvara för strukturell bioinformatik använder oftast CLI- och GUI-paradigm. Några exempel på klassisk programvara som använder CLI är Modeller14 för likhetsmodellering, Autodock15 för molekylär dockning och Gromacs16 för molekyldynamik. Exempel på programvara som använder GUI-typen är bland annat SwissPDBviewer17, Pymol18, VMD19, UCSF Chimera20, Autodock tools15, PyRx21, Biovia22, Maestro23 och Moe24.
Med framväxten av bland annat Hypertext Markup Language version 5 (HTML5)25, Cascading Style Sheets (CSS)26 och Javascript27-teknikerna kan många strukturella bioinformatikapplikationer föras till webben och därmed bli mer tillgängliga. Exempel på likhetsmodellering av WEB-servrar är MODWEB28, som använder Modeller14 som back-end och Swissmodel29. Exempel på webbapplikationsservrar för molekylär dockning är Haddock30, Swissdock31, Cluspro32, Dockthor33 med flera.
Medan strukturell analys, modellering och dockningsmetoder utvecklades från CLI-paradigm till GUI och slutligen till WEB, fortsätter MD att mestadels stödjas av kommandoradsexekvering (CLI-typ). Några bra initiativ har tagits för att förbättra detta panorama. Exempel på dessa initiativ är implementeringen av plugins i befintlig programvara, såsom QwikMD plugin till VMD34, GROMACS Plugin till PyMOL, och Molecular Dynamics Simulation-alternativet i UCSF Chimera20, några nya och enklare CLI-applikationer, såsom ASGARD35, Gmx_qk36 och CHAPERONg37, och en robust webbplattform, BioBB-Wfs38. Även om användningen av dessa plugins och applikationer är ett framsteg, är deras implementering fortfarande en utmaning för de flesta okvalificerade forskare. Vanliga svårigheter är problem med att installera och konfigurera MD-programvaran, vilket ofta äventyrar den fullständiga körningen av simuleringen5.
År 2022 gjordes Visual Dynamics-programvaran för webbaserad beräkningssimulering tillgänglig av Laboratório de Bioinformática e Química Medicinal på Fiocruz Rondônia39. Dess ursprungliga version var byggd i Python och Flask, vilket möjliggjorde simuleringar av system med fria proteiner (apoenzymer) för endast 2 ns. Därefter förbättrades den för att inkludera en automatiserad simuleringsversion med ligander preparerade med hjälp av PRODRG40.
VD byggdes för att hjälpa alla forskare inom strukturell biofysik, bioteknik och relaterade områden som har begränsningar i beräkningskunskap; Verktyget gör det möjligt för dessa forskare att testa sina hypoteser med MD-simuleringar från vilket operativsystem som helst och utan tillgång till en högpresterande dator (HPC). Syftet med detta arbete är att presentera de nya funktionerna i Visual Dynamics version 3.0. Dessutom syftar det till att införa ett uppdaterat användningsprotokoll för verktyget och lyfta fram de begränsningar som måste åtgärdas i framtiden, tillsammans med användningsstatistik fram till idag (figur 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) är ett webbverktyg som syftar till att underlätta användningen och tillämpningen av molekyldynamik (MD) som utförs i Gromacs, vilket gör det möjligt för användare utan beräkningsvana att köra korttidssimuleringar för validerings-, demonstrations- och undervisningsändamål. Det är sant att kvantmetoder är de mest exakta. Det finns dock för närvarande ingen beräkningsmässig genomförbarhet för att utföra de experiment som MD utför. Verktyget som beskrivs här har kontinuerligt förbättrats under de senaste åren. Detta protokoll kommer att beskriva vad som behövs för att köra en simulering i VD med ett protein-ligandkomplex som tidigare förberetts i ACPYPE och några allmänna anvisningar för de andra simuleringsmodellerna som finns tillgängliga. För den detaljerade simuleringen kommer FK506-bindande protein från Plasmodium vivax komplexerat med hämmaren D5 (PDB ID: 4mgv) att användas, och alla filer som används kommer att tillhandahållas. Observera att detta protokoll kommer att tala om för varje alternativ som ska användas för att uppnå samma resultat som presenteras, men dessa alternativ är inte nödvändigtvis de enda som är tillgängliga.

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).

Författare i fokus: Strömlinjeformning av visuell dynamik för att förenkla simuleringar av molekyldynamik med hjälp av Gromacs

Nya funktioner i 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 tillhandahåller en helt autonom simuleringskörning som inte kräver användaringripande eller beräkningsresurser som tillhandahålls av användaren. När en simulering har skickats in för körning kan användaren lämna den, stänga av sina datorer och simuleringen fortsätter att köras. Det gör det också möjligt för användare att komma åt resultaten från vilken enhet som helst, oavsett om det är en bärbar dator eller mobil enhet.
Som ett exempel på att använda VD i automati...

Visual Dynamics är ett verktyg med öppen källkod som påskyndar implementeringar och inlärning i molekyldynamiksimulering med hjälp av Gromacs. Det presenterade protokollet guidar dig genom stegen för att enkelt utföra en protein-ligandsimulering förberedd i ACPYPE och allmänna steg till andra simuleringsmodeller.

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.