Tutorial Molecular Docking Menggunakan PLANTS di Google Colab

Pada tutorial kali ini, saya akan membagikan tutorial molecular docking menggunakan software PLANTS (Protein Ligand ANT System). Tutorial ini terinspirasi dari konten tutorial dari Bapak Purnawan Pontana Putra, M.Farm (Dosen Farmasi Universitas Andalas) dengan beberapa modifikasi dalam detail langkahnya.

Dengan memanfaatkan Cloud Computing yang ditawarkan Google Colab, kita dapat melakukan Molecular Docking dengan tanpa membebani Laptop kita yang mungkin Spek-nya sangat Kentang, hahaha. Disamping itu, proses komputasinya berkali-kali lebih cepat karena Colab versi gratisnya pun dibekali Proccessor & GPU yang mantap.

Seperti tahapan docking dengan software lainnya, selalu terdapat 3 tahapan umum yang wajib dilakukan dalam melaksanakan docking, yaitu:

  1. Preparasi Ligan dan Protein
  2. Running Molecular Docking
  3. Visualisasi dan Analisis Hasil Docking

Biar tidak berlama-lama, mulai gasss aja yak

Preparasi Ligan Referensi dan Protein dengan aplikasi Discovery Studio Visualizer (DSV)

Pastikan sudah menginstall aplikasi DSV. Download DSV via website resminya

  • Buka Aplikasi DSV
  • file > open (buka file pdb, misal 1J3I)
  • hapus ligan, air, chain yang tidak diperlukan
  • save sebagai pdb (protein.pdb)
  • close
  • file > open (buka lagi file pdb)
  • hapus air, protein, pertahankan ligan
  • save sebagai pdb (ligand.pdb)

Preparasi Ligan Uji dengan MarvinSketch

  • Buka aplikasi Marvinsketch
  • Gambar senyawa / copy kode SMILES
  • Structure > Clean 2D > Clean in 2D
  • File > Save as sebagai file ligand.mol2

Perhatian! untuk setiap ligan uji, simpan di folder kerja yang berbeda. 1 ligan 1 folder. (devils is in the details)

Docking dengan PLANTS di Google Colab

Donwnload script Colab untuk PLANTS disini dan buka di google colab masing-masing akun anda.

Berikut adalah step pada script PLANTS di google Colab beserta panduan langkahnya.

  • Install Software yang diperlukan (PLANTS & Openbabel) dan mengambil file .txt
    (file .txt ini adalah format default yang nanti akan berisi binding center dan binding site (gridball) yang akan digunakan PLANTS sebagai sisi pengikatan protein oleh ligan)

!wget https://github.com/purnawanpp/plants/raw/main/plants
!apt install openbabel
!chmod +x /content/plants
!wget https://github.com/purnawanpp/plants/raw/main/dock_gcolab.txt

  • Mengupload File protein.pdb dan ligan referensi (ligand.mol2) ke google colab
  • Menambahkan hydrogen, muatan gasteiger dan protonasi pada pH 7.4 (fisiologis) sekaligus mengkonversi protein dan ligan alami ke .mol2

!obabel protein.pdb -O rec.mol2 -p 7.4 -h –partialcharge gasteiger
!obabel ligand.pdb -O lig.mol2 -p 7.4 -h –partialcharge gasteiger

  • Mempersiapkan (penambahan hidrogen, muatan gasteiger an protonasi pH 7.4) Ligand Uji (ini di skip jika masih tahap redocking)

!obabel lig.mol2 -O lig.mol2 -p 7.4 -h –partialcharge gasteiger

  • Membuat dan mendefinisikan bindingsite & bindingcenter (gridball)

!./plants –mode bind lig.mol2 rec.mol2

  • Pindahkan (copy paste) data bindingsite_center dan bindingsite_radius ke file dock_gcolab.txt yang sudah dibuat diawal. Jangan lupa save.
  • Mulai Simulasi Molecular Docking

!./plants –mode screen /content/dock_gcolab.txt

  • Melihat secara langsung Skor Docking terbaiknya (ini ada membaca file dari /content/results/bestranking.csv)

import pandas as pd
df = pd.read_csv(‘/content/results/bestranking.csv’)
df.head()

  • Opsi : Melihat Skor Docking disemua pose ligan

from IPython.display import HTML
import pandas as pd

df = pd.read_csv(‘/content/results/ranking.csv’)

html_table = df.to_html(index=False)
display(HTML(html_table))

  • Menghitung RMSD hasil re-Docking (ini skip untuk ligan uji)

!obrms -f lig.mol2 /content/results/3HTB_ligand_2_entry_00001_conf_01.mol2 | sed ‘s/3HTB_ligand_2:3HTB_ligand_2_entry_00001_conf_01/RE-DOCKING/g’

  • Konversi mol2 ke PDB

!obabel /content/rec.mol2 -O recvis.pdb
!obabel /content/results/3HTB_ligand_2_entry_00001_conf_01.mol2 -O ligvis.pdb

Mengamankan Hasil Docking

Donwload file-file berikut:

  • folder result
  • recvis.pdb
  • ligvis.pdb
  • rec.mol2
  • lig.mol2

Visualisasi dengan DSV

Seperti biasa:

  • buka recvis.pdb, drag and drop ligvis.pdb ke halaman recvis.pdb yang telah terbuka
  • definisikan ligan dan protein
  • show 2D diagram
  • screenshoot gambar interaksi, simpan di folder kerja masing-masing ligan

CATATAN!

Untuk melakukan docking terhadap ligan uji, sebenarnya sama, hanya ada beberapa poin yang perlu diperhatikan, yaitu:

  • Hapus file berikut:

folder “result”
ligand.pdb
lig.mol2
recvis.pdb
ligvis.pdb

  • Lakukan preparasi ligan uji (Langkah 2)
  • Langsung loncat ke Langkah docking yang SIMULASI
    !./plants –mode screen /content/dock_gcolab.txt (karena bindingsite dan binding center yang digunakan sama, reseptor yang digunakan sama, makanya di skip)
  • amankan hasil seperti yg redocking, download dan simpan di folder yang berbeda.