Biomolecular Environment Mimicking Model GENerator

Welcome to BEMM-GEN

チュートリアル

インストール方法

conda create -n bemm-gen-env
conda activate bemm-gen-env
conda install -c conda-forge openbabel psi4 resp ambertools
pip install bemm-gen

GitHubリポジトリからインストールする場合は、以下のコマンドを使用してください。

git clone https://github.com/y4suda/BEMM-GEN.git
pip install ./BEMM-GEN

インストール後の初回起動時には各種ライブラリの初期化等が行われるため、起動に時間がかかる場合があります。

基本的な使い方

# 円筒形のモデルを作成
bemm-gen cylinder

# 球形のモデルを作成
bemm-gen sphere

# 壁面の残基を作成
bemm-gen makeparam

# 使用可能な残基一覧を表示
bemm-gen listparam

🔭 円筒形のモデル作成

bemm-gen cylinder --proteinseq GASGASGASGAS --proteinSS HHHHHHHHHHHH --resnames MTY:HYD --composition 1:2.5

🌐 球形のモデル作成

bemm-gen sphere --proteinpdb protein.pdb --resnames MTY:HYD --composition 0.3:0.7

🍳 タンパク質構造の入力または生成

BEMM-GEN では生成したモデル内にタンパク質を配置できます。タンパク質の指定方法は２種類です。

1. pdbファイルを指定する --proteinpdb

   任意のタンパク質構造を含む構造ファイルを指定できます

2. アミノ酸配列と二次構造を指定する --proteinseq および --proteinSS

   Ambertools の tleap プログラムを使用して構造を自動生成します。アミノ酸配列は１文字表記で入力してください。 二次構造は直鎖（コイル） C もしくはヘリックス H のみが使用できます。アミノ酸配列と長さが一致しない場合はエラーが返されます。

[!TIP] いずれの場合も、タンパク質の長径、短径は自動で計算されモデルの大きさに反映されます。cylinder の --length を指定した場合タンパク質がはみ出す場合は警告が出されますが、構造生成は許容されます。最終的な構造をよく確認してください。--radius を指定した場合、タンパク質の大きさがはみ出すことは許容されないため、エラーを返し終了します。タンパク質のサイズに合わせたモデルを作るには --padding-radius を活用してください。

🎨 モデル内部における組成の決定

BEMM-GEN ではモデル内に配置する残基の組成を指定することができます。

1. 残基の種類を指定する --resnames XXX:YYY:ZZZ:..

2. 各残基の割合を指定する --resnames i:j:k:..

3. (オプション） 残期間の最小距離を指定する　　--min-distance x [Å] (defalt:4.0)

🚀出力

BEMM-GENでは、AMBER（.prmtop, .inpcrd）またはGROMACS（.top, .gro）形式でMDシミュレーションの入力ファイルを生成します。

🖥 MDシミュレーションの実行

生成されたファイルを使用して、MDシミュレーションを実行してください。

GROMACS の場合

モデルについての位置拘束はすでに .top ファイルに設定されています。 緩和計算中にタンパク質が動かないように位置拘束をかけるため、.mdp ファイルに以下の設定を追加してください。

define = -DPROTEINPOSRES

AMBER の場合

モデルについての位置拘束は、ログを参考にして .in ファイルに設定してください。 緩和計算中のタンパク質についても同様に .in ファイルに設定して位置拘束をかけてください。

📖 パラメーターの一覧

現在利用可能な残基一覧は listparam サブコマンドで取得できます。

bemm-gen listparam

--dump オプションを付けると利用可能な残基の一覧をHTMLファイルで出力します。

💻 パラメーターの作成

独自の残基を作る場合は makeparam サブコマンドを使用してください。

bemm-gen makeparam --smiles CCC --resname MTY --description "Methyl group"

最低限必要な入力

• SMILES表記の化合物構造 --smiles
  • 位置拘束をかけるため、必ず２つの炭素で開始してください。(OK: CCN; NG: CN)
• 残基名 --resname
  • すでに利用されているアミノ酸残基名と被らないように、３文字で名前をつけてください。
• 説明 --description
  • 残基を登録する際の説明を入力してください。

構造最適化を省略する場合

Rdkit の ETKDGv3 法で構造生成を行った後、--method-opt と --basisSet-opt で指定された基底関数で最適化を行います。 これを省略する場合（構造最適化が完了しないなど）、--singlePoint オプションを付けて実行してください。

電荷をもつ残基の場合

--netcharge オプションに電荷を指定してください。電荷がゼロでない場合は、--no-neutralize オプションを付けてください。 負電荷を持つカルボキシ基などは芳香族結合 : をSMILESに明記してください。 例：CCC(:O):O

実行速度に関する設定

--num-thread には使用するスレッド数を指定してください。--memory-sizeGB には使用可能なメモリサイズを指定してください。いずれもマシンの全コア、メモリを使用すると他の操作ができなくなる場合があるので、適宜余裕をもって設定してください。

すでにある残基を作り直す場合

--overwrite を指定してください。システムデフォルトの残基は修正できませんが、カレントディレクトリの残基が優先されます。

デフォルトパラメーターの一覧

引用

このプログラムを利用して論文等を作成する際は、可能な範囲で以下の文献を引用してください。

Takunori Yasuda, Rikuri Morita, Yasuteru Shigeta, Ryuhei Harada. (2024) BEMM-GEN: A toolkit for generating a biomolecular environment mimicking model. Submitted.