discoverystudio药物发现与生物大分子计算模拟平台.docx

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discoverystudio药物发现与生物大分子计算模拟平台

DiscoveryStudio 药物发现与生物大分子计算模拟平台

个人电脑上的全新分子建模环境，专业的生命科学分子模拟软件

[PDF资料下载]

  DiscoveryStudio™（简称DS）,基于Windows/Linux系统和个人电脑、面向生命科学领域的新一代分子建模和模拟环境。

它服务于生命科学领域的实验生物学家、药物化学家、结构生物学家、计算生物学家和计算化学家，应用于蛋白质结构功能研究，以及药物发现。

为科学家提供易用的蛋白质模拟、优化和药物设计工具。

通过高质量的图形、多年验证的技术以及集成的环境，DS将实验数据的保存、管理与专业水准的建模、模拟工具集成在一起，为研究队伍的合作与信息共享提供平台。

   建立在最新的流程管理平台PipelinePilot基础上的DS让数据的共享和交流变得更为方便和简洁。

DS中的部分功能流程（protocols）可以在PipelinePilot中进行编辑和组合，编辑组合而得的新流程可以导入DiscoveryStudio中使用，这样使得科研流程的方便共享成为可能。

同时，PipelinePilot这个开放平台技术还为使用者整合自己的或第三方的软件工具提供了接口。

科研人员可以在一个统一的平台上完成从基因到先导化合物设计的一系列工作，并且可以通过web形式共享研究成果。

  DS的服务器-客户端模式使得科研人员能够最方便且最大限度地实现计算资源共享。

  DS目前的主要功能包括：

蛋白质的表征（包括蛋白-蛋白相互作用）、同源建模、分子力学计算和分子动力学模拟、基于结构药物设计工具（包括配体-蛋白质相互作用、全新药物设计和分子对接）、基于小分子的药物设计工具（包括定量构效关系、药效团、数据库筛选、ADMET）和组合库的设计与分析等。

DS可以应用于生命科学以下研究领域：

新药发现，生物信息学，结构生物学，酶学，免疫学，病毒学，遗传与发育生物学，肿瘤研究。

一、DiscoveryStudio功能模块简介  

二、DiscoveryStudio可以运行的硬件平台

三、Accelrys软件应用于生命科学Accelrys软件应用于生命科学

DiscoveryStudio功能模块简介

-基本界面和显示模块

  DiscoveryStudioStandalone

  DiscoveryStudioVisualizerClient

-蛋白质模拟模块

  DSMODELER

  DSProteinRefine

  DSProteinHealth

  DSProteinFamilies

  DSSequenceAnalysis

-基于结构的药物发现和设计模块

  DSFlexibleDocking

   DSLigandFit

  DSLigandScore

  DSLibDock

  DSCDOCKER

  DSProteinDocking

   DSLudi

  DSDeNovoEvolution

   DSLigandFitCAP/DSLudiCAP

  DSGOLDinterface

-基于药效团的药物发现和设计模块

  DSCatalystConformation

  DSCatalystHypothesis

  DSCatalystSBP

  DSCatalystScore

  DSCatalystShape

  DSCatalystDBBuild

  DSCatalystDBSearch

  DSDeNovoLigandBuilder

  HypoDB

  PCDB（PharmaCoreDB）

-基于小分子的药物发现和设计模块

   DSQSAR

  GFAComponent

  VAMPDescriptorsComponent/DMol3DescriptorsComponent

   DSLibraryDesign

  DSADMET

  DSTOPKAT

-分子力学和分子动力学计算模块

  DSCHARMm

  DSCHARMmLite

   DSCFF（高级II类力场）

   DSMMFF（MerckMolecularForceField）

-分析模块

  DSBiopolymer

  DSAnalysis

基本界面和显示模块

·DiscoveryStudioStandalone

可视化界面，是利用DiscoveryStudio软件进行分子设计和模拟的基础，支持服务器-客户端安装在同一台机器上的运行模式。

与PipelinePilotServer结合在一起，提供化学/生物学数据显示、模拟/分析、构建三维分子、展示动态变化、三维作图及许多其它功能。

·DiscoveryStudioVisualizerClient

是服务器-客户端运行模式中、客户端的可视化界面，用于访问和使用服务器端的DiscoveryStudio软件。

必须与服务器端配置的PipelinePilotServer协同工作，为用户提供无与伦比的数据、工作流程和计算资源共享。

蛋白质模拟模块

·DSMODELER

只要给出未知结构序列与另一个已知三维结构蛋白的比对，利用工业标准的快速同源模建方法，便可自动并快速产生优化的蛋白同源模型。

对于靶标发现及蛋白家族功能结构分析，MODELER是一个理想的解决方案。

用MODELER还可以模拟蛋白突变，进行loop区模建及基于结构的比对并构建有配体结合的蛋白结构模型。

结合SequenceAnalysis模块，可以全自动完成抗体Loop区模建。

结合DiscoveryStudio里模拟及以结构为基础的药物设计的功能模块，用MODELER还可以深入研究蛋白结构及功能的关系。

·DSProteinRefine

利用CHARMm对模建好的蛋白质进行侧链和loop区的优化，提高蛋白质模型的准确性。

·DSProteinHealth

蛋白质三维结构合理性评价工具。

ProteinHealth模块运用Profiles3D方法，通过将三维结构的结构环境与特定氨基酸残基的优先外界环境相比较，获得相关结构性质与氨基酸序列信息之间的关系。

通过ProteinHealth模块的分析，用户可以方便快速地找到蛋白质结构中不合理的区域。

·DSProteinFamilies

通过分析某一蛋白家族蛋白序列的保守模式以及在三维结构上的保守残基的位置，可以在分子水平上更好地了解到蛋白功能机制。

ProteinFamilies的简单易用的流程（protocols），也可一步步地引导用户进行分析，从蛋白家族的序列或者结构比对，到进化踪迹分析。

而进化踪迹分析包括用分层聚类的方法来建立蛋白家族系统树图以及把这些得到的功能注释信息画到你的三维结构上去。

进行序列比对时，允许根据需要对比对结果添加约束，提高活性部位关键残基的比对效果。

·DSSequenceAnalysis

与功能已知的其它蛋白的序列进行比对，是确定某一蛋白生物功能的第一步。

用SequenceAnalysis也可以让用户通过通用的BLAST及PSI-BLAST算法来搜索本地数据库或者NCBI网上数据库，确定蛋白序列的同源区域。

结果在交互的报告格式里面显示以方便进行进一步的分析及在其它DiscoveryStudio模块里面的使用。

使用Blast搜索PDB或PDB_nr95数据库时，结果文件中可以显示输出蛋白质的SCOPID,LigandID以及X射线分辨率等信息。

基于结构的药物发现和设计模块

·DSFlexibleDocking

受体柔性对接工具（Induced-Fit对接工具），可以实现配体-受体双柔性对接，模拟配体与受体结合时的诱导-契合效应（induced-fit）。

FlexibleDocking模块先对蛋白活性口袋的侧链产生多个构象，然后将配体对接到受体的活性口袋当中，最后对得到的配体-受体复合物结构进行优化。

FlexibleDocking最大的优势在于准确，可以精细地研究配体-受体的相互作用信息，适合于作用机理研究。

需要DSCHARMm,DSLibDock,DSCatalystConformation,DSProteinRefine模块支持。

·DSLigandFit

LigandFit模块可以方便快速地将小分子化合物对接到生物大分子的活性位点中，是一个快速、灵活的分子对接程序，可以考虑配体结合取向、结合构象以及形状匹配等多种因素。

LigandFit在高通量虚拟筛选时可并行计算。

同时具有设置interactionfilter的功能。

·DSLigandScore

采用经过验证的打分函数以及特定的描述符，评价受体-配体间的相互作用。

通过对LigandFit对接结果的分析，可帮助用户确定结合模式方面可能存在的问题，区分正确或错误的结合构象，把不同结合构象的配体依次排序以供筛选或合成使用。

可自定义参数，可将所有设置保存并与其他使用者共享。

LigandScore在高通量的虚拟筛选时也可并行计算。

·DSLibDock

快速的分子对接工具，适用于对大规模数据库进行快速精确的虚拟筛选。

LibDock根据小分子构象与受体相互作用热区（Hotspot）匹配的原理将这些构象刚性对接到受体的结合口袋当中，其最大的优势在于速度快，可以并行运算，适合于进行大规模虚拟筛选，如与DSCatalystConformation中的CAESAR等快速生成构象的方法结合使用更佳。

·DSCDOCKER

是基于CHARMm的柔性对接程序，采用soft-corepotentials以及optionalgridrepresentation将配体分子与受体活性位点进行对接。

首先采用动力学的方法随机搜索小分子构象，随后采用模拟退火的方法将各个构象在受体活性位点区域进行优化，从而使对接结果更加准确。

DockLigands（PharmacophoreRestraintsandCHARMm）方法还可以在使用CHARMm力场进行对接的过程中考虑药效团的限制，这一功能的实现需要DSCHARMm和DSCatalystScore的支持。

·DSProteinDocking

快速而准确的蛋白-蛋白复合物结构预测工具。

该模块主要移植自InsightII的ZDOCK/RDOCK，ZDOCK用于蛋白-蛋白刚性对接，RDOCK则基于CHARMm能量极小化方法优化ZDOCK得到的结构。

DiscoveryStudio中还提供了新的ProcessPose（ZDOCK）protocol等强大的分析工具，实现对ZDOCK结果进行包括聚类分析在内的分析功能，帮助用户方便快速地缩小范围，锁定感兴趣的复合物结构。

·DSLudi

全新配体设计工具。

使用Ludi来发现新的具有潜在活性的化合物，可节省研究者大量的时间。

Ludi强大的设计工具允许使用者在实验分析之前模拟筛选，并允许对已有的化合物进行改造。

Ludi易于操作，它包含有drug-like片段库，同时也允许用户将自己的分子片段加入到片段库中。

·DSDeNovoEvolution

在Ludi连接模式基础上发展而来的基于受体的小分子药物从头设计方法。

在给定母核结构的情况下，DSDeNovoEvolution可以自动地为研究人员设计潜在的与受体有高亲和力的小