开源分子对接程序rDock的安装及使用流程-编程知识

前言

本文介绍开源分子对接程序rDock在Linux Ubuntu 22.04系统上的conda安装、编译安装过程及程序使用流程。

一、rDock是什么？

在这里插入图片描述 rDock来源
rDock是一个快速、多功能的开源对接程序，可用于将小分子与蛋白质和核酸对接。它专为高通量虚拟筛选（HTVS）活动和结合模式预测研究而设计。

rDock开发历史：
rDock程序由RiboTargets（后来的Vernalis（R&D）Ltd）的软件团队于1998年至2006年开发，命名为RiboDock。
2006年，该软件被授权给约克大学进行维护和分发，改名称为rDock。
2012年，Vernalis和约克大学同意将该程序作为开源软件发布（rDock）。此版本在GNU-LGPL 3.0版下授权，并得到巴塞罗那大学的支持。
2014年开发一度停滞。2019年，RxTx公司开发了一个rDock分支，命名为RxDock。

rDock的主要组件现在包括针对蛋白质和RNA靶标验证的快速分子间评分功能（范德华、极性、去溶剂化）、基于遗传算法的随机搜索引擎、各种外部基于结构的药物发现（SBDD）衍生的约束条件（tethered模板、药效团、noe距离约束）以及基于遗传编程的新型对接后过滤。提供了各种脚本来执行自动验证实验和启动虚拟筛选活动。

rDock主要用C++编写，辅助脚本和程序用C++、perl或python语言编写。完整的rDock软件包需要不到50 MB的硬盘空间，并且它可以在所有Linux计算机上编译（目前仅限Linux系统）。

由于它的设计和实现，它可以安装在计算集群上，并部署在无限数量的CPU上，使HTVS活动可以在几天内进行。
除了主对接程序外，rDock软件包还提供了一套工具和脚本，以方便输入文件的准备以及结果的后处理和分析，极大地拓展了用户需求：

（1）对接准备：
使用已知的活性区域或用户提供的3D坐标定义结合位点。允许受体中-OH和-NH2侧链旋转。添加明确的溶剂分子和结构水分子。提供药效团约束作为指导对接的范围。

（2）输入文件的预处理
定义用于执行tethered docking的常见配体结构（需要OpenBabel python绑定）。排序、过滤或拆分配体文件以利于并行化。查找HTVS协议以优化计算时间。预先计算网格以减少后续计算时间。

（3）结果的后处理和分析
以表格形式总结结果。排序、筛选、合并或拆分结果文件。使用参考结构计算RMSD，考虑内部对称性（需要OpenBabel python绑定）。

（4）结合模式预测
预测配体如何与给定分子结合。蛋白质的ASTEX非冗余测试集和RNA的DOCK和rDock测试集已用于验证rDock并将其与其他程序进行比较。

（5）HTVS
通过利用计算机的能力，在短时间内运行数百万种化合物。易于在相对无限的CPU中并行化，以优化HTVS运行时间。DUD集已用于验证rDock并将其性能与其他参考对接程序进行比较。

二、rDock两种安装方法

自从2022年以来，可以通过conda由bioconda源安装rDock到conda环境（方式一），如果安装不成功，可以尝试编译安装（方式二）。
为了更好的适配系统运行，建议采用后者方法安装。

安装方式一：通过conda安装

在这里插入图片描述
建立conda环境，笔者使用的python版本为3.12.2。

conda create -n rdock_env

进入环境，通过conda安装gcc：

conda activate rdock_env
conda install gcc=13 -c conda-forge
#以上不成功，可以尝试：
conda install conda-forge::libgcc-ng

通过conda安装rdock：

conda install acellera::rdock
#以上不成功，可以尝试
conda install -c bioconda rdock

安装方式二：rDock编译安装

1. 安装前准备

rDock是作为源代码提供的，所以必须在使用它之前编译二进制文件。rDock主要是在Linux操作系统上开发的，最近使用的是在openSuSE 11.3下的GNU g++编译器。几乎不需要修改，这些代码可以在其他Linux发行版下编译和运行。
截至2013年11月，它已经在32位和64位系统架构的最新Ubuntu和openSuSE版本中进行了测试，并且可以在不修改任何代码的情况下编译。

安装需要的包
在安装之前，请确保您的计算机上安装了以下软件包。

sudo apt update
sudo apt install gcc g++ make git libcppunit-dev csh build-essential

2. 下载安装包及安装

下载最新版的rDock，安装步骤如下(/path/to/install/rDock)：

git clone https://github.com/CBDD/rDock.git
cd rDock
make
make test
make PREFIX=/path/to/install/rDock install

3. 设置环境变量并生效

打开 ~/.bashrc, 添加以下内容:

export RBT_ROOT=/path/to/install/rDock
export PATH=$RBT_ROOT/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$RBT_ROOT/lib:$LD_LIBRARY_PATH

运行source ~/.bashrc，使环境变量生效。

三、 rDock使用流程

rDock 的基本对接步骤包括3步：定义对接体系、产生对接位点和分子对接。

Step 1. 通过prm文件定义对接体系

以下是ASTEX数据集的.prm文件示例：

RBT_PARAMETER_FILE_V1.00
TITLE 1sj0_ASTEXRECEPTOR_FILE 1sj0_rdock.mol2
RECEPTOR_FLEX 3.0##################################################################
### CAVITY DEFINITION: REFERENCE LIGAND METHOD
##################################################################
SECTION MAPPERSITE_MAPPER RbtLigandSiteMapperREF_MOL 1sj0_ligand.sdRADIUS 6.0SMALL_SPHERE 1.0MIN_VOLUME 100MAX_CAVITIES 1VOL_INCR 0.0GRIDSTEP 0.5
END_SECTION################################################################
# CAVITY DEFINITION: TWO SPHERES METHOD
################################################################
#SECTION MAPPER
#    SITE_MAPPER RbtSphereSiteMapper
##HETATM 2815  O   HOH   756      37.266 -20.992  -4.910  0.90 24.86      1CSE2940
#    CENTER (7.185,8.250,22.649)
#    RADIUS 15.0
#    SMALL_SPHERE 1.5
#    LARGE_SPHERE 6.0
#    MAX_CAVITIES 1
#END_SECTION#################################
#CAVITY RESTRAINT PENALTY
#################################
SECTION CAVITYSCORING_FUNCTION RbtCavityGridSFWEIGHT 1.0
END_SECTION#################################
## PHARMACOPHORIC RESTRAINTS
#################################
#SECTION PHARMA
#    SCORING_FUNCTION RbtPharmaSF
#    WEIGHT 1.0
#    CONSTRAINTS_FILE pharma_cdk2.const
#   OPTIONAL_FILE optional.const
#   NOPT 3
#   WRITE_ERRORS TRUE
#END_SECTION

将以上内容保存为.prm文件，受体结构mol 2文件为1sj0_rdock.mol2，结合位点配体文件为1sj0_ligand.sd。
注意事项：
必须对受体“.mol2”文件进行质子化、加电荷。选择什么样的软件来处理取决于用户。作为建议，通常使用MOE或者Maestro。

Step 2. 产生对接位点

以上文件准备就绪，rbcavity命令将可用于生成对接空腔：

rbcavity -W -d -r <PRMFILE>

使用-d参数将生成网格“.grd”文件。该文件可以在pymol中查看：

pymol<RECEPTOR>. mol 2<LIGAND>.sd<GRID>.grd

在命令行输入以下：

isomesh cavity, <GRID>.grd, 0.99

Step 3. 分子对接

定义并生成空腔后，可以使用以下命令直接运行，对每个配体运行50次的rDock：
注意事项：
“.prm”文件、受体、参比配体和“.as”腔体文件必须位于工作目录中或由环境变量“RBT_HOME”指向的文件夹。

rbdock -i <INPUT>.sd -o <OUTPUT> -r <PRMFILE> -p dock.prm -n 50

总结

本文介绍了rDock的两种安装方式及使用流程，为开始使用rDock的朋友提供参考以及快速入门指导。
后续系列文章将结合案例详细介绍rDock使用。
欢迎感兴趣的朋友留言讨论，批评指正。

参考资料

https://rdock.github.io/
https://rdock.github.io/documentation/