AutoDock Vina を使用して仮想薬剤スクリーニングを実装する方法 - Elastic High Performance Computing

このトピックでは、Elastic High Performance Computing (E-HPC) クラスタを使用して、AutoDock Vina で仮想薬剤スクリーニングを実行する方法について説明します。

背景情報

分子ドッキングは、仮想薬剤スクリーニングの重要なステップです。 AutoDock Vina は、高速で正確なアルゴリズムで有名なオープンソースの分子ドッキングソフトウェアです。分子ドッキングに基づく仮想スクリーニングに適しており、MGLTools ツールキットを使用します。 MGLTools には、AutoDock Tools (ADT) と Python Molecular Viewer (PMV) が含まれています。 ADT は Vina の入力ファイルの生成に使用され、PMV は結果の表示に使用されます。詳細については、「AutoDock Vina」および「MGLTools」をご参照ください。

このトピックでは、低分子リガンドと高分子受容体の相互作用をシミュレートして、それらの結合パターンと親和性を予測し、潜在的な薬剤をスクリーニングする方法について説明します。 Specs、Enamine、ChemDiv など、広く使用されている商用化合物ライブラリは、リガンドと特定の受容体との相互作用をシミュレートするために使用できる多くのリガンドを提供しています。リガンドは互いに独立しているため、超並列処理モードで処理できます。このトピックで説明するプロセスは、バッチ処理と高い同時実行性を必要とする他のシナリオにも適用できます。

準備

E-HPC クラスタを作成します。詳細については、「ウィザードを使用してクラスタを作成する」をご参照ください。
以下にパラメータを示します。

パラメータ

説明

ハードウェアパラメータ

デプロイメントモードは標準です。クラスタには、2 つの管理ノード、1 つの計算ノード、および 1 つのログインノードが含まれています。

すべてのノードは ecs.c7.large インスタンスタイプであり、2 vCPU、4 GiB のメモリ、および 2.7 GHz Ice Lake プロセッサを提供します。

ソフトウェア構成

CentOS 7.6 パブリックイメージを選択し、スケジューラとして pbs を選択し、VNC を有効にします。

クラスタユーザーを作成します。詳細については、「ユーザーを作成する」をご参照ください。
クラスタにログインするには、クラスタユーザーが必要です。これは、ソフトウェアのコンパイルやジョブの送信などの操作を実行するためです。このトピックでは、次のサンプルが作成されます。
- ユーザー名: vinatest
- ユーザーグループ: sudo 権限グループ
ソフトウェアをインストールします。詳細については、「ソフトウェアをインストールする」をご参照ください。
次のソフトウェアをインストールします。
- vina、バージョン 1.1.2。
- AutoDockTools、バージョン 1.5.7。

ステップ 1: クラスタに接続する

次のいずれかの方法を使用してクラスタに接続します。このトピックでは、ユーザー名 vinatest を使用します。クラスタに接続すると、/home/vinatest に自動的にログインします。

クライアントの使用
クラスタのスケジューラは PBS である必要があります。 E-HPC クライアントをダウンロードしてインストールし、クライアントに必要な環境をデプロイしていることを確認してください。詳細については、「E-HPC クライアントの環境をデプロイする」をご参照ください。
1. E-HPC クライアントを起動してログインします。
2. 左側のナビゲーションウィンドウで、[セッション管理] をクリックします。
3. [セッション管理] ページの右上隅にある [ターミナル] をクリックして、ターミナルウィンドウを開きます。
コンソールの使用
1. E-HPC コンソールにログインします。
2. 上部ナビゲーションバーの左上隅で、リージョンを選択します。
3. 左側のナビゲーションウィンドウで、[クラスタ] をクリックします。
4. [クラスタ] ページで、クラスタを見つけて [接続] をクリックします。
5. [接続] パネルで、ユーザー名とパスワードを入力し、[SSH 経由で接続] をクリックします。

ステップ 2: ジョブを送信する

ジョブファイルをダウンロードして解凍します。
1. ジョブファイルをダウンロードします。
  説明
  クラスタに Git がインストールされていない場合は、sudo yum install -y git を実行してインストールします。
```
git clone https://best-practice:Abcd123456@codeup.aliyun.com/best-practice/bp/022.git
```
2. ジョブファイルを解凍します。
```
cd 022
tar xzvf vina-ehpcarrayjob.tar.gz
```
構成ファイルを変更します。
```
cd vina-ehpcarrayjob
vim conf.txt
```
conf.txt ファイルで、次の 2 行を削除します。
```
receptor = 1fkn_rgd.pdbqt
ligand = $file
```

ジョブスクリプトを作成し、vina.sh という名前を付けます。

cd /home/vinatest
vim vina.sh

スクリプトは次のとおりです。

#!/bin/bash

#PBS -N vina_job
#PBS -l nodes=1:ppn=2
#PBS -l walltime=00:10:00
#PBS -j oe
#PBS -v receptor="022/vina-ehpcarrayjob/1fkn_rgd.pdbqt",ligand="022/vina-ehpcarrayjob/test/ligand_1.pdbqt",config="022/vina-ehpcarrayjob/conf.txt"


cd $PBS_O_WORKDIR

ppn="$NCPUS"
cd $PBS_O_WORKDIR


vina --receptor $receptor --config $config  --ligand $ligand --out out.pdbqt --cpu $ppn

ジョブを送信します。
```
qsub vina.sh
```
次の出力が返されます。ジョブ ID は 0.scheduler です。
```
0.scheduler
```

ステップ 3: 結果を表示する

ジョブステータスを表示します。
```
qstat -x 0.scheduler
```
次の出力が返されます。 S の値が R の場合、ジョブは実行中です。 S の値が F の場合、ジョブは完了です。
```
Job id            Name             User              Time Use S Queue
----------------  ---------------- ----------------  -------- - -----
0.scheduler       vina_job         vinatest          00:01:56 F workq 
```
説明
ジョブが完了すると、結果ファイル out.pdbqt が生成され、送信元のパスに保存されます。この例では、パスは /home/vinatest/out.pdbqt です。
VNC を使用して、可視化モードでジョブ結果を表示します。
1. VNC を有効にします。
  説明
  VNC に必要なポートが、クラスタが属するセキュリティグループで有効になっていることを確認してください。コンソールを使用する場合、システムはポート 12016 を自動的に有効にします。クライアントを使用する場合は、ポートを手動で有効にする必要があります。ポート 12017 では、1 人のユーザーのみが VNC Viewer ウィンドウを開くことができます。複数のユーザーが VNC Viewer ウィンドウを開く必要がある場合は、ポート 12017 から始まる対応する数のポートを有効にする必要があります。
  - クライアントの使用
    1. 左側のナビゲーションウィンドウで、[セッション管理] をクリックします。
    2. セッション管理ページの右上隅にある [VNC] をクリックして、VNC Viewer を開きます。
  - コンソールの使用
    1. E-HPC コンソールの左側のナビゲーションウィンドウで、[クラスタ] をクリックします。
    2. [クラスタ] ページで、クラスタを選択します。 [詳細] > [VNC] を選択します。
    3. VNC を使用して、可視化サービスにリモート接続します。詳細については、「VNC を使用して可視化サービスを管理する」をご参照ください。
2. クラウドデスクトップの仮想化サービスダイアログボックスで、[アプリケーション] > システムツール > ターミナルを選択します。
3. ターミナルで、次のコマンドを実行して AutoDock Tools を開き、ジョブ結果を読み込みます。
```
/usr/local/bin/adt /home/vinatest/022/vina-ehpcarrayjob/1fkn_rgd.pdbqt /home/vinatest/out.pdbqt
```
  モデルがロードされると、結果は AutoDock Tools ウィンドウに次のように表示されます。