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Articulo de referencia

Dinámica molecular visual

Visualización VMD de un virión SARS-CoV-2 aerosolizado de mil millones de átomos, renderizado con Tachyon en una estación de trabajo con 1 TB de RAM. Visual Molecular Dynamics (...

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Visualización VMD de un virión SARS-CoV-2 aerosolizado de mil millones de átomos, renderizado con Tachyon en una estación de trabajo con 1 TB de RAM.

Visual Molecular Dynamics ( VMD ) es un programa informático de visualización y modelado molecular . [2] VMD se desarrolló principalmente como una herramienta para ver y analizar los resultados de simulaciones de dinámica molecular. También incluye herramientas para trabajar con datos volumétricos, datos de secuencia y objetos gráficos arbitrarios. Las escenas moleculares se pueden exportar a herramientas de renderizado externas como POV-Ray , RenderMan , Tachyon , Virtual Reality Modeling Language ( VRML ) y muchas otras. Los usuarios pueden ejecutar sus propios scripts Tcl y Python dentro de VMD, ya que incluye intérpretes Tcl y Python integrados. VMD se ejecuta en Unix , Apple Mac macOS y Microsoft Windows . [3] VMD está disponible para usuarios no comerciales bajo una licencia específica de distribución que permite tanto el uso del programa como la modificación de su código fuente, sin cargo. [4]

Historia

Gráficos moleculares del virus del mosaico del tabaco por satélite producidos en VMD y renderizados con Tachyon . La escena se muestra con una combinación de superficies moleculares coloreadas por una distancia radial y ácidos nucleicos mostrados en representaciones de cintas. La representación de Tachyon utiliza tanto iluminación directa como iluminación de oclusión ambiental para mejorar la visibilidad de bolsas y cavidades. Los ejes VMD se muestran como un ejemplo simple de representación de geometría no molecular.

VMD ha sido desarrollado bajo la égida del investigador principal Klaus Schulten en el grupo de Biofísica Teórica y Computacional del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada , Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . [5] [6] Un programa precursor, llamado VRChem, fue desarrollado en 1992 por Mike Krogh, William Humphrey y Rick Kufrin. La versión inicial de VMD fue escrita por William Humphrey, Andrew Dalke, Ken Hamer, Jon Leech y James Phillips. [7] Fue lanzado en 1995. [ 7] [8] Las primeras versiones de VMD fueron desarrolladas para estaciones de trabajo de Silicon Graphics y también podían ejecutarse en un entorno virtual automático de cueva (CAVE) y comunicarse con una simulación de dinámica molecular a nanoescala ( NAMD ). [2] VMD fue desarrollado por A. Dalke, W. Humphrey, J. Ulrich en 1995-1996, seguido por Sergei Izrailev y J. Stone durante 1997-1998. En 1998, John Stone se convirtió en el principal desarrollador de VMD, portando VMD a muchos otros sistemas operativos Unix y completando la primera versión OpenGL con todas las funciones . [9] La primera versión de VMD para la plataforma Microsoft Windows fue lanzada en 1999. [10] En 2001, Justin Gullingsrud, Paul Grayson y John Stone agregaron soporte para dispositivos de retroalimentación háptica y desarrollaron aún más la interfaz entre VMD y NAMD para realizar simulaciones interactivas de dinámica molecular. [11] [12] En desarrollos posteriores, Jordi Cohen, Gullingsrud y Stone reescribieron por completo las interfaces gráficas de usuario, agregaron soporte integrado para la visualización y procesamiento de datos volumétricos, [13] y el uso de OpenGL Shading Language . [14]

Comunicación entre procesos

VMD puede comunicarse con otros programas a través de Tcl / Tk . [3] Esta comunicación permite el desarrollo de varios complementos externos que funcionan junto con VMD. Estos complementos aumentan el conjunto de características y herramientas de VMD, convirtiéndolo en uno de los programas más utilizados en química computacional , biología y bioquímica.

Aquí hay una lista de algunos complementos VMD desarrollados con Tcl/Tk:

  • Delphi Force: cálculo y visualización de la fuerza electrostática [15]
  • Complemento Pathways: identifica las vías de transferencia de electrones dominantes y estima la tunelización electrónica de donante a aceptor
  • Complemento Check Sidechains: verifica y ayuda a seleccionar la mejor orientación y estado de protonación para las cadenas laterales de Asn, Gln e His
  • Complemento MultiMSMS: almacena en caché los cálculos de MSMS para acelerar la animación de una secuencia de fotogramas
  • Dinámica esencial interactiva: visualización interactiva de dinámicas esenciales
  • Mead Ionize: versión mejorada de autoionize para sistemas altamente cargados
  • Scripts VMD de Andriy Anishkin: muchos scripts VMD útiles para visualización y análisis
  • Herramienta de trayectoria RMSD: versión de desarrollo del complemento RMSD para trayectorias
  • Herramienta de agrupamiento: visualice agrupaciones de conformaciones de una estructura
  • iTrajComp: herramienta interactiva de comparación de trayectorias
  • Swap: intercambio de coordenadas atómicas para una mejor alineación RMSD
  • Intervor: extracción y visualización de la interfaz proteína-proteína
  • SurfVol — Mide el área de superficie y el volumen de las proteínas [16]
  • vmdICE: complemento para calcular RMSD, RMSF, SASA y otras cantidades que varían con el tiempo [17]
  • molUP - Un complemento VMD para manejar cálculos QM y ONIOM utilizando el software gaussiano [18]
  • Tienda VMD: una extensión de VMD que ayuda a los usuarios a descubrir, instalar y actualizar otros complementos de VMD. [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ Licencia VMD
  2. ^ ab Humphrey, William; Dalke, Andrew; Schulten, Klaus (febrero de 1996). "VMD: dinámica molecular visual". Revista de gráficos moleculares . 14 (1): 33–38. doi :10.1016/0263-7855(96)00018-5. PMID  8744570.
  3. ^ ab "VMD User's Guide Version 1.9.1" (PDF) . Instituto Tecnológico de Massachusetts . Recurso del NIH para modelado macromolecular y bioinformática . Consultado el 29 de enero de 2012 .
  4. ^ "Licencia VMD". Grupo de Biofísica Teórica y Computacional . Centro de Modelado Macromolecular y Bioinformática del NIH, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Consultado el 4 de enero de 2016 .
  5. ^ Schulten, Klaus. "Informe anual sobre el progreso del Programa de Tecnología de Investigación Biomédica de Recursos de los Institutos Nacionales de Salud del Departamento de Salud y Servicios Humanos Servicio de Salud Pública Institutos Nacionales de Salud NIH, número de subvención P41 RR05969" (PDF) . Universidad de Illinois en Urbana–Champaign . Consultado el 5 de enero de 2016 .
  6. ^ Schulten, Klaus J. "Departamento de Salud y Servicios Humanos Servicio de Salud Pública Institutos Nacionales de Salud Centro Nacional de Recursos de Investigación Área de Tecnología Biomédica Informe Anual de Progreso (1/8/10 – 31/7/11), Número de Subvención P41RR005969" (PDF) . Universidad de Illinois en Urbana–Champaign . Consultado el 5 de enero de 2016 .
  7. ^ ab "Historial de lanzamiento de VMD". Grupo de Biofísica Teórica y Computacional . Centro de Modelado Macromolecular y Bioinformática del NIH, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Consultado el 4 de enero de 2016 .
  8. ^ Bishop, Tom Connor (4 de julio de 1995). "Anuncio del programa VMD, versión 1.0". Lista de química computacional . CCL.Net.
  9. ^ "VMD 1.3". Grupo de Biofísica Teórica y Computacional . Centro de Modelado Macromolecular y Bioinformática del NIH, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Consultado el 4 de enero de 2016 .
  10. ^ "VMD 1.4". Grupo de Biofísica Teórica y Computacional . Centro de Modelado Macromolecular y Bioinformática del NIH, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Consultado el 4 de enero de 2016 .
  11. ^ Stone, John E.; Gullingsrud, Justin; Grayson, Paul; Schulten, Klaus (2001). "Un sistema para la simulación interactiva de dinámica molecular". Simposio ACM 2001 sobre gráficos 3D interactivos . Nueva York, NY, EE. UU.: ACM. págs. 191–194.
  12. ^ Dreher, Matthieu; Piuzzi, Marc; Ahmed, Turki; Matthieuten, Chavent; et al. (2013). "Dinámica molecular interactiva: escalamiento a grandes sistemas" (PDF) . Conferencia internacional sobre ciencia computacional, ICCS 2013, junio de 2013, Barcelona, ​​España . Nueva York, NY, EE. UU.: Elsevier.
  13. ^ "VMD 1.8". Grupo de Biofísica Teórica y Computacional . Centro de Modelado Macromolecular y Bioinformática del NIH, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Consultado el 4 de enero de 2016 .
  14. ^ "VMD 1.8.7". Grupo de Biofísica Teórica y Computacional . Centro de Modelado Macromolecular y Bioinformática del NIH, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Consultado el 4 de enero de 2016 .
  15. ^ Li, Lin; Jia, Zhe; Peng, Yunhui; Chakravorty, Arghya; Sun, Lexuan; Alexov, Emil (15 de noviembre de 2017). "Servidor web DelPhiForce: cálculos y visualización de fuerzas y energía electrostáticas". Bioinformática . 33 (22): 3661–3663. doi :10.1093/bioinformatics/btx495. ISSN  1367-4803. PMC 5870670 . PMID  29036596. 
  16. ^ Ribeiro, João V.; Tamames, Juan AC; Cerqueira, Nuño MFSA; Fernández, Pedro A.; Ramos, María J. (1 de diciembre de 2013). "Volarea: una herramienta bioinformática para calcular el área de superficie y el volumen de sistemas moleculares". Biología química y diseño de fármacos . 82 (6): 743–755. doi :10.1111/cbdd.12197. ISSN  1747-0285. PMID  24164915. S2CID  45385688.
  17. ^ Knapp, Bernhard; Lederer, Nadja; Omasits, Ulrich; Schreiner, Wolfgang (1 de diciembre de 2010). "vmdICE: un complemento para la evaluación rápida de simulaciones de dinámica molecular utilizando VMD". Revista de química computacional . 31 (16): 2868–2873. doi :10.1002/jcc.21581. ISSN  1096-987X. PMID  20928849. S2CID  674918.
  18. ^ Fernández, Henrique; Ramos, María João; Cerqueira, Nuño MFSA (2018). "molUP: un complemento VMD para manejar cálculos QM y ONIOM utilizando el software gaussiano". Revista de Química Computacional . 39 (19): 1344-1353. doi :10.1002/jcc.25189. PMID  29464735. S2CID  3413848.
  19. ^ Fernández, Henrique S.; Sousa, Sergio F.; Cerqueira, Nuño MFSA (25/11/2019). "VMD Store: un complemento VMD para explorar, descubrir e instalar extensiones VMD". Revista de información y modelado químico . 59 (11): 4519–4523. doi : 10.1021/acs.jcim.9b00739. ISSN  1549-9596. PMID  31682440. S2CID  207893960.
  • Sitio web oficial
  • VMD en GPU
  • Banco de trabajo de proteínas STRAP
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