Tutorial Preparasi untuk Molecular Docking dengan Autodock-GPU v 1.5.3 / Vina Version 1.2.3 (2021)

Tutorial ini saya buat berdasarkan pada tutorial sejawat Dosen, Bapak Purnawan Pontana Putra, M.Si (Dosen Farmasi Universitas Andalas) dengan beberapa penyesuaian langkah. Anda bisa mengakses tutorial asli dari beliau melalui tautan berikut: TUTORIAL

Instalasi Perangkat Lunak yang dibutuhkan

Perangkat lunak yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

  1. Vina.exe (kalo pake Vina)
  2. ADFR Tools (Version 1.2)
  3. MGL Tools (Version 1.5.7)
  4. Vina_Split
  5. Windows Terminal
  6. Open Babel
  7. Marvinsketch 5.2.5.1
  8. Discovery Studio Visualizer

Anda bisa mengunduh softwarenya melalui link ini atau mengunduhnya langsung di website resminya.

Pengaturah Path

  1. Buka path, akses melalui start > ketik Path
  2. Klik Environmental Variabel
  3. Klik Path Edit
  4. Klik New, masukkan lokasi file atau folder pada Path
  5. Klik Ok sampai semua jendela tertutup (3 kali klik ok)
  6. Direktori yang harus dimasukkan dalam path ada 4, yaitu
  • C:\Program Files (x86)\MGLTools-1.5.7
  • C:\Program Files (x86)\ADFRsuite-1.0\bin
  • vina.exe
  • vina_split.exe

Pemisahan Ligand dan Protein (Menggunakan Biovia Discovery Studio)

  1. Download Protein yang akan dilakukan docking (contoh: 3ERT.pdb)
  2. Buka di Biovia Discovery Studio Visualizer
  3. Hapus molekul air. Klik scripts > selection > Select water molecules. Tekan tombol delete pada keyboard.
  4. Pisahkan protein dari ligand dan simpan protein dengan format pdb, Klik scripts > selection > Select protein chains. Edit > Invert Selection. Delete. Save as: beri nama dengan format berikut: 3ert_protein.pdb.
  5. Pisahkan ligand dari protein dan simpan ligan dengan format pdb. Klik scripts > selection > Select ligand. Edit > Invert Selection. Delete. Save as: beri nama dengan format berikut: 3ert_ligand.pdb.
  6. Letakkan kedua file tersebut pada 1 folder kerja yang sama.

Dari langkah ini, anda telah memiliki 2 file, yaitu protein (3ert_protein.pdb) yang telah terpisah dari native ligand-nya (3ert_ligand.pdb). Kedua file ini diperlukan untuk validasi prosedur docking yang akan dilakukan dengan mendocking ulang native ligand terhadap proteinnya.

Validitasnya dinilai dari nilai RMSD yang diupayakan <2 Å. Pada beberapa kasus, ada literatur yang masing mentoleransi nilai RMSD 4 Å.

Preparasi Protein dengan Autodock Tools

  1. Bukan Autodock tools
  2. Klik File > Read Molecules, cari protein dengan format .pdb (3ert_protein.pdb)
  3. Dilakukan penambahan Hidrogen dengan Edit-Add Hidrogen-All
  4. Tambahkan muatan Kollman, Edit > Charges > Add Kollman Charges
  5. Edit > Hydrogens > Merge Non Polar
  6. Klik Grid > Macromolecules > Choose, Select Macromolecules
  7. save protein dengan nama 3ert_protein.pdbqt, Klik Output > Save as PDBQT

Preparasi Ligand dengan Autodock Tools (untuk Native Ligand)

  1. Bukan Autodock tools
  2. Klik File > Read Molecules, cari ligand dengan format .pdb (3ert_ligand.pdb)
  3. Dilakukan penambahan Hidrogen dengan Edit-Add Hidrogen-All
  4. Tambahkan muatan Gasteiger, Edit > Charges > Compute Gasteiger
  5. Edit > Hydrogens > Merge Non Polar
  6. Klik Ligand > Input > Choose, Select Ligand for Autodock4
  7. Klik Ligand > Torsion Tree >Detect Root
  8. save protein dengan nama 3ert_ligand.pdbqt, Klik Output > Save as PDBQT

Preparasi Ligand dengan MarvinSketch & Open Babel (Ligand Kandidat Senyawa Aktif)

Tutorial ini dibuat karena ada satu kasus ketika preparasi menggunakan AutodockTools dalam preparasi Ligand, ada perubahan struktur yang tidak diharapkan saat melakukan pengaturan fleksibilitas ligand. Maka, untuk mempersiapkan ligand agar pergerakannya fleksibel saat docking, akan dipreparasi dengan cara berikut.

  1. Buka Aplikasi Marvinsketch 5.2.5.1
  2. Open file 3ert_ligand.pdb. FIle > open.
  3. Perbaiki struktur 2D. Klik Structure > Clean 2D > Clean in 2D
  4. Lakukan protonasi pada pH 7,4 (pH tubuh). Klik Tools > Protonation > Major Microspesies. Akan muncul pop up, klik OK > OK (halaman lisensi). akan muncul pop-up struktur senyawa pada pH 7,4.
  5. Perbaiki struktur secara 3D. Klik kanan pada pop-up > Edit > Clean > 3D > Clean ini 3D
  6. Simpan dalam formal .mol2 pada folder kerja. Klik kanan > Save as. ganti ekstensi ke .mol2, ketik 3ert_ligand.mol2
  7. Buka terminal windows dari folder kerja. Di folder kerja, klik kanan > open in terminal.
  8. Lakukan konversi file ke .pdbqt. Ketik perintah : obabel 3ert_ligand.mol2 -O 3ert_ligand.pdbqt –partialcharge gasteiger, lalu enter. (Proses ini akan menambahkan Muatan Gasteiger dan mensetting rotatable bonds pada ligan sehingga menjadi fleksibel saat docking)
  9. Cek pada folder kerja, file 3ert_ligand.pdbqt telah tersedia.

Perintah di Terminal untuk mengetahui GridBox dengan Autogrid

  1. Pastikan file prepare_gpf.py sudah ada difolder kerja, file ini bisa didownload menggunakan https://downgit.github.io/#/home dengan cara copy alamat ini https://github.com/purnawanpp/Docking-4ieh/blob/main/prepare_gpf.py ke website tersebut, lalu klik download
  2. Buka terminal melalui folder kerja. Di folder kerja, klik kanan > open in terminal.
  3. Ketik perintah berikut: python.exe prepare_gpf.py -l 3ert_ligand.pdbqt -r 3ert_protein.pdbqt -y
  4. autogrid4 -p 3ert_protein.gpf -l 3ert_protein.glg

Membuat File GridBox (dengan Notepad)

  1. Buka file dengan 3ert_protein.gpf
  2. Catat npts 50 40 40 sebagai size x, y, z
  3. Catat gridcenter -0.004 -0.187 0.078 sebagai center x, y, z (angka npts & grid center akan berbeda untuk kompleks protein-ligand yang berbeda)
  4. Buat file grid.txt didalamnya tertulis: center_x = -0.004 center_y = -0.187 center_z = 0.078 size_x = 50 size_y = 40 size_z = 40
  5. Contoh file grid.txt dapat dilihat disini https://github.com/purnawanpp/Docking-4ieh/blob/main/grid.txt

Demikian cara preparasi ligan dan protein untuk melakukan Molecular Docking dengan Autodock-GPU.

Docking dengan AutoDock-GPU di Google Colab

Docking dengan Autodock-GPU dapat dilakukan dengan memanfaatkan fitur Google Colab. Melalui cara ini, kita bisa mengatasi keterbatasan sumber daya komputasi dalam menjalankan perangkat lunak docking yang cukup berat dan mempersingkat waktu docking.

Tutorialnya bisa anda lihat disini https://youtu.be/KotAUEJTDAY (Cek pada deskripsi Video, tersedia tutorial tertulis yang juga bisa anda ikuti berikut dengan script colab-nya).

Output penting dari colab ada 3 file, silahkan untuk file berikut:

  1. 3ert_ligand.dlg (berisi informasi RMSD, Lower Binding Energy, dll)
  2. 3ert_ligand.xml
  3. Best.pdbqt atau best.pdbqt (pose ligan yang nantinya bisa anda visualisasi dengan DSV

Download ketiga file tersebut, dan simpan di folder kerja

Terimakasih.

Semoga Bermanfaat.