使用AutoDock Vina软件进行药物筛选

背景信息

分子对接（Molecular docking）是虚拟药物筛选中的关键环节。本文通过模拟小分子配体和生物大分子受体相互作用的过程，预测配体与受体的结合模式和亲和力，模拟实现对药物的筛选。目前商业应用较广泛的Specs、Enamine和ChemDiv化合物库，均可提供大量配体模拟计算配体和给定受体的相互作用。由于不同配体之间没有依赖，因此可以大规模并行处理。本文同样适用于其它大批量、高并发处理需求的生物、医药等场景。

AutoDock Vina作为一款开源的分子对接软件，具有速度快、算法准确等优点，特别适用于搭建基于分子对接的虚拟筛选，它基于MGLTools工具包进行使用。MGLTools包括AutoDock Tools（ADT）和Python Molecular Viewer（PMV）。ADT用来为Vina生成输入文件，PMV用来查看结果。更多信息，请参见AutoDock Vina和MGLTools。

准备工作

1. 创建E-HPC集群。

   具体操作，请参见使用向导创建集群。您需要注意以下配置参数：

   参数	说明
   硬件参数	部署方式为标准，包含2个管控节点，1个计算节点和1个登录节点。 节点均采用ecs.c7.large实例规格，配置为2 vCPU，4 GiB内存，Ice Lake处理器，2.7 GHz。
   软件配置	镜像选择CentOS 7.6公共镜像，调度器选择pbs，开启VNC。

2. 创建集群用户，本实践中以Vina为例。具体操作，请参见创建用户。

   集群用户用于登录集群，进行编译软件、提交作业等操作，配置用户权限时，权限组请选择sudo权限组。

3. 安装运行AutoDock Vina所需的软件。具体操作，请参见安装软件。

   需安装的软件如下：

   • ehpc-app-server：版本为1.1.4

   • intel-mpi：版本为2018

4. 为计算节点绑定EIP。

   说明

   计算节点在下载安装AutoDock Tools软件时需要使用公网地址。配置完成后，您可以按需为其解绑EIP。

5. 在每个计算节点中安装AutoDock Vina软件及所需运行库。

   1. 登录E-HPC控制台。

   2. 执行如下命令下载并安装Vina软件。

   3. 在左侧导航栏，选择资源管理 > 节点与队列。

   4. 在集群列表中选择目标集群。

   5. 在节点类型列表中选择计算节点。

   6. 在目标节点的操作列，选择更多 > 详情。

   7. 在计算节点详情页，单击远程连接，以root用户登录该节点。

      cd /opt
      wget https://vina.scripps.edu/wp-content/uploads/sites/55/2020/12/autodock_vina_1_1_2_linux_x86.tgz   #下载vina
      tar xzvf autodock_vina_1_1_2_linux_x86.tgz #解压
      ./autodock_vina_1_1_2_linux_x86/bin/vina --help #查看安装结果
      cp /opt/autodock_vina_1_1_2_linux_x86/bin/vina /usr/bin/vina 

6. 在管控节点安装AutoDock Tools软件。

   1. 登录E-HPC控制台。

   2. 在集群页面，在右侧单击远程连接，以root用户登录集群。

   3. 执行如下命令，安装AutoDock Tools软件。

      cd /usr/local
      wget https://ccsb.scripps.edu/download/532/mgltools_x86_64Linux2_1.5.7.tar.gz   #下载AutoDock Tools
      tar -zxvf mgltools_x86_64Linux2_1.5.7.tar.gz
      cd mgltools_x86_64Linux2_1.5.7
      ./install.sh
      cp bin/adt /usr/local/bin/adt
      yum install mesa-libGLU #安装AutoDock Tools所需的mesa-libGLU软件包。

操作步骤

1. 登录E-HPC控制台。

2. 安装Git及下载作业文件。

   1. 在集群页面，在右侧单击远程连接，以Vina用户登录集群。

   2. 执行如下命令，下载本文用到的操作命令和代码。

      git clone https://code.aliyun.com/best-practice/022.git

   3. 执行如下命令检查作业文件。

      cd 022
      ls

      当回显如下时，说明已下载完成。

   4. 解压作业文件到当前目录。

      tar xzvf vina-ehpcarrayjob.tar.gz

   5. 在vina-ehpcarrayjob目录下，删除conf.txt文件中的以下两行。

      receptor = 1fkn_rgd.pdbqt
      ligand = $file

3. 提交作业并查看作业运行结果。

   1. 登录E-HPC客户端。

      具体操作，请参见登录客户端。

   2. 在左侧导航栏，选择应用中心。

   3. 单击Vina应用。

   4. 在弹出的应用信息面板，配置作业参数。

      参数类型	参数	描述
      基础参数	作业名称	自定义设置，如Vina4。
      	作业队列	运行该作业的队列，如workq。
      	CPU核数	单个节点的CPU核数，如8。
      	节点数	运行该作业所需的计算节点数，如1。
      	输出日志	作业运行日志的输出路径。
      应用参数	图形界面参数	选择VNC。
      	受体（刚性）	选择受体文件，如/home/Vina/022/vina-ehpcarrayjob/1fkn_rgd.pdbqt。
      	配体	选择配体文件，如/home/Vina/022/vina-ehpcarrayjob/test/ligand_1.pdbqt
      	配置文件	选择配置文件，如/home/Vina/022/vina-ehpcarrayjob/conf.txt
      	输出文件目录	自定义设置输出目录，如/home/Vina/022。
      	是否需要GUI	是

   5. 单击提交。

4. 查看作业执行情况。

   1. 在左侧导航栏，选择作业查询。

   2. 设置查询条件，查询作业执行情况。

   当作业状态为FINISHED时，表示作业执行完成，单击详情可以查看作业详细信息。

5. 查看作业运行结果。

   1. 在左侧导航栏，选择会话管理，然后单击VNC，打开VNC窗口。

   2. 在弹出的AutoDockTools窗口中，查看作业结果。