Rosetta¶

简介¶

Rosetta软件套件包括用于蛋白质结构计算建模和分析的算法。它使计算生物学取得了显著的科学进步，包括从头蛋白质设计、酶设计、配体对接以及生物大分子和大分子复合物的结构预测。

RoeTeta开发始于华盛顿大学David Baker博士的实验室，作为结构预测工具，但此后已经适应于解决常见的计算大分子问题。

Rosetta的重要作用如下所示：

理解大分子相互作用; 设计定制分子; 寻找构象和序列空间的有效方法; 为各种生物分子表示寻找广泛有用的能量函数

可用的版本¶

版本	平台	构建方式	模块名
3.12		容器	rosetta/3.12 思源一号
3.12		容器	rosetta/3.12

算例下载¶

思源一号：
mkdir ~/test_rosetta
cd ~/test_rosetta
cp -r /dssg/share/sample/rosetta/input_files ./
mkdir output_files

π2.0：
mkdir ~/test_rosetta
cd ~/test_rosetta
cp -r /lustre/share/samples/rosetta/input_files ./
mkdir output_files

集群上的Rosetta¶

一. 思源一号 Rosetta
二. π2.0 Rosetta

一. 思源一号 Rosetta¶

1. 对输入结构进行预处理（refine）¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=64c512g
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun relax.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/1qys.pdb -nstruct 2 -relax:constrain_relax_to_start_coords -relax:ramp_constraints false -ex1 -ex2 -use_input_sc -flip_HNQ -no_optH false

输入与参数说明

in:file:s                              #输入数据
nstruct                                #nstruct可以提高模型结果的质量，如nstruct 10将会获得10个模型
relax:constrain_relax_to_start_coords  #约束重原子，从而使得骨架较初始不会移动太多
relax:ramp_constraints                 #设为false则不进行倾斜约束（进行整体约束该选项需要设置为false）
use_input_sc                           #turns on inclusion of the current rotamer for the packer
flip_HNQ                               #在氢键原子位置优化期间考虑翻转HIS，ASN，GLN
no_optH                                #是否在PDB加载期间进行氢原子位置优化

2. 局部对接¶

2.1 局部对接¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=64c512g
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -nstruct 1 -partners A_B -dock_pert 3 8 -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _local_dock

输入与参数说明

in:file:s      #输入数据
in:file:native #native file，与该文件进行计算比较
nstruct        #请注意在进行实际数据分析时，此处的值应当至少为500
partners       #partners A_B意味着，链B对接进入链A
dock_pert      #dock_pert 3 8意味着，在开始单独的模拟之前随机的将配体（链B）进行一个3埃的平移和8度的旋转
out:path:all   #输出路径
out:suffix     #输出文件名后缀

2.2 对得到的对接结果进行局部优化¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=64c512g
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/1v74.pdb -nstruct 1 -docking_local_refine -use_input_sc -ex1 -ex2aro -out:file:fullatom -out:path:all output_files -out:suffix _local_refine

3. 全局对接¶

若没有蛋白结合位点的信息，则使用全局对接。全局对接假设蛋白质为球型，而更小的蛋白质配体围绕蛋白质受体。全局对接对小复合物相对较好（残基数小于450）

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=64c512g
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -unboundrot input_files/col_complex.pdb -nstruct 1 -partners A_B -dock_pert 3 8 -spin -randomize1 -randomize2 -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _global_dock

输入与参数说明

unboundrot  #将指定结构的旋转异构体添加到旋转异构体库中
nstruct     #请注意在进行实际数据分析时，此处的值应当为 10,000~100,000

4. Flexible Protein对接¶

Rosetta假设蛋白骨架为柔性的进行对接。Rosetta假设蛋白-蛋白结合过程前后构象发生了较大的变化，并对蛋白构象簇（ensembles）进行对接，而非一个配体构象和一个受体构象。

4.1 prepack¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=64c512g
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
ls input_files/COL_D_ensemble/*.pdb > COL_D_ensemblelist
ls input_files/IMM_D_ensemble/*.pdb > IMM_D_ensemblelist
mpirun docking_prepack_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -unboundrot input_files/col_complex.pdb -nstruct 1 -partners A_B -ensemble1 COL_D_ensemblelist -ensemble2 IMM_D_ensemblelist -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _ensemble_dock

4.2 柔性对接¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=64c512g
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_prepack_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -unboundrot input_files/col_complex.pdb -nstruct 1 -partners A_B -dock_pert 3 8 -ensemble1 COL_D_ensemblelist -ensemble2 IMM_D_ensemblelist -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _ensemble_dock

二. π2.0 Rosetta¶

申请计算节点并导入rosetta软件

1. 对输入结构进行预处理（refine） _π2.0_¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=small
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun relax.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/1qys.pdb -nstruct 2 -relax:constrain_relax_to_start_coords -relax:ramp_constraints false -ex1 -ex2 -use_input_sc -flip_HNQ -no_optH false

输入与参数说明

in:file:s                              #输入数据
nstruct                                #nstruct可以提高模型结果的质量，如nstruct 10将会获得10个模型
relax:constrain_relax_to_start_coords  #约束重原子，从而使得骨架较初始不会移动太多
relax:ramp_constraints                 #设为false则不进行倾斜约束（进行整体约束该选项需要设置为false）
use_input_sc                           #turns on inclusion of the current rotamer for the packer
flip_HNQ                               #在氢键原子位置优化期间考虑翻转HIS，ASN，GLN
no_optH                                #是否在PDB加载期间进行氢原子位置优化

2. 局部对接 _π2.0_¶

2.1 局部对接 _π2.0_¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=small
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -nstruct 1 -partners A_B -dock_pert 3 8 -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _local_dock

输入与参数说明

in:file:s      #输入数据
in:file:native #native file，与该文件进行计算比较
nstruct        #请注意在进行实际数据分析时，此处的值应当至少为500
partners       #partners A_B意味着，链B对接进入链A
dock_pert      #dock_pert 3 8意味着，在开始单独的模拟之前随机的将配体（链B）进行一个3埃的平移和8度的旋转
out:path:all   #输出路径
out:suffix     #输出文件名后缀

2.2 对得到的对接结果进行局部优化 _π2.0_¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=small
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/1v74.pdb -nstruct 1 -docking_local_refine -use_input_sc -ex1 -ex2aro -out:file:fullatom -out:path:all output_files -out:suffix _local_refine

3. 全局对接 _π2.0_¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=small
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -unboundrot input_files/col_complex.pdb -nstruct 1 -partners A_B -dock_pert 3 8 -spin -randomize1 -randomize2 -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _global_dock

输入与参数说明

unboundrot  #将指定结构的旋转异构体添加到旋转异构体库中
nstruct     #请注意在进行实际数据分析时，此处的值应当为 10,000~100,000

4. Flexible Protein对接 _π2.0_¶

4.1 prepack _π2.0_¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=small
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
ls input_files/COL_D_ensemble/*.pdb > COL_D_ensemblelist
ls input_files/IMM_D_ensemble/*.pdb > IMM_D_ensemblelist
mpirun docking_prepack_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -unboundrot input_files/col_complex.pdb -nstruct 1 -partners A_B -ensemble1 COL_D_ensemblelist -ensemble2 IMM_D_ensemblelist -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _ensemble_dock

4.2 柔性对接 _π2.0_¶

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=rosetta
#SBATCH --partition=small
#SBATCH -N 1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err

module load rosetta/3.12
mpirun docking_prepack_protocol.mpi.linuxgccrelease -in:file:s input_files/col_complex.pdb -in:file:native input_files/1v74.pdb -unboundrot input_files/col_complex.pdb -nstruct 1 -partners A_B -dock_pert 3 8 -ensemble1 COL_D_ensemblelist -ensemble2 IMM_D_ensemblelist -ex1 -ex2aro -out:path:all output_files -out:suffix _ensemble_dock

运行结果¶

思源一号上的运行结果

output_files/
├── 1v74_local_refine_0001.pdb
├─ col_complex_ensemble_dock_0001.pdb
├── col_complex_global_dock_0001.pdb
├── col_complex_local_dock_0001.pdb
├── score_ensemble_dock.sc
├── score_global_dock.sc
├── score_local_dock.sc
└── score_local_refine.fasc

π2.0上的运行结果

output_files/
├── 1v74_local_refine_0001.pdb
├─ col_complex_ensemble_dock_0001.pdb
├── col_complex_global_dock_0001.pdb
├── col_complex_local_dock_0001.pdb
├── score_ensemble_dock.sc
├── score_global_dock.sc
├── score_local_dock.sc
└── score_local_refine.f

参考资料¶

Rosetta: https://www.rosettacommons.org/

最后更新: 2024 年 04 月 08 日