使用AutoDock Vina軟體進行藥物篩選 - Elastic High Performance Computing

本文以AutoDock Vina軟體為例，介紹如何在E-HPC上進行高效能運算實現虛擬藥物篩選。

背景資訊

分子對接（Molecular docking）是虛擬藥物篩選中的關鍵環節。AutoDock Vina作為一款開源的分子對接軟體，具有速度快、演算法準確等優點，特別適用於搭建基於分子對接的虛擬篩選，它基於MGLTools工具包進行使用。MGLTools包括AutoDock Tools（ADT）和Python Molecular Viewer（PMV）。ADT用來為Vina產生輸入檔案，PMV用來查看結果。更多資訊，請參見AutoDock Vina和MGLTools。

本文通過類比小分子配體和生物大分子受體相互作用的過程，預測配體與受體的結合模式和親和力，類比實現對藥物的篩選。目前商業應用較廣泛的Specs、Enamine和ChemDiv化合物庫，均可提供大量配體類比計算配體和給定受體的相互作用。由於不同配體之間沒有依賴，因此可以大規模平行處理。本文同樣適用於其它大批量、高並發處理需求的生物、醫藥等情境。

準備工作

建立E-HPC叢集。

具體操作，請參見使用嚮導建立叢集。您需要注意以下配置參數：

參數

說明

硬體參數

部署方式為標準，包含2個管控節點，1個計算節點和1個登入節點。

節點均採用ecs.c7.large執行個體規格，配置為2 vCPU，4 GiB記憶體，Ice Lake處理器，2.7 GHz。

軟體配置

鏡像選擇CentOS 7.6公用鏡像，調度器選擇pbs，開啟VNC。

建立叢集使用者。具體操作，請參見建立使用者。
叢集使用者用於登入叢集，進行編譯軟體、提交作業等操作。本文建立的使用者樣本如下：
- 使用者名稱：vinatest
- 使用者組：sudo許可權組
安裝軟體。具體操作，請參見安裝軟體。
需安裝的軟體如下：
- vina，版本為1.1.2。
- AutoDockTools，版本為1.5.7。
- intel-mpi，版本為2018。

步驟一：串連叢集

選擇以下一種方式串連叢集。本文使用的使用者名稱為vinatest，串連叢集後會預設登入到/home/vinatest。

通過用戶端
該方式僅支援使用PBS調度器的叢集。操作前，請確保您已下載安裝E-HPC用戶端，且已配置用戶端所需環境。具體操作，請參見配置用戶端所需環境。
1. 開啟並登入E-HPC用戶端。
2. 在用戶端左側導覽列，單擊會話管理。
3. 在會話管理頁面的右上方，單擊terminal，開啟Terminal視窗。
通過控制台
1. 登入彈性高效能運算控制台。
2. 在頂部功能表列左上方處，選擇地區。
3. 在左側導覽列，單擊叢集。
4. 在叢集頁面，找到目的地組群，單擊遠端連線。
5. 在遠端連線頁面，輸入集群使用者名稱、登入密碼和連接埠，單擊ssh串連。

步驟二：提交作業

下載並解壓作業檔案。
1. 下載作業檔案。
  說明
  如果叢集中沒有安裝git，請先執行sudo yum install -y git安裝git。
```
git clone https://code.aliyun.com/best-practice/022.git
```
2. 解壓作業檔案。
```
cd 022
tar xzvf vina-ehpcarrayjob.tar.gz
```

修改設定檔。

cd vina-ehpcarrayjob
vim conf.txt

在conf.txt中，刪除以下兩行內容：

receptor = 1fkn_rgd.pdbqt
ligand = $file

建立作業指令碼，命名為vina.sh。

cd /home/vinatest
vim vina.sh

指令碼內容如下：

#!/bin/bash

#PBS -N vina_job
#PBS -l nodes=1:ppn=2
#PBS -l walltime=00:10:00
#PBS -j oe
#PBS -v receptor="022/vina-ehpcarrayjob/1fkn_rgd.pdbqt",ligand="022/vina-ehpcarrayjob/test/ligand_1.pdbqt",config="022/vina-ehpcarrayjob/conf.txt"


cd $PBS_O_WORKDIR

ppn="$NCPUS"
cd $PBS_O_WORKDIR


vina --receptor $receptor --config $config  --ligand $ligand --out out.pdbqt --cpu $ppn

提交作業。
```
qsub vina.sh
```
預期返回如下，表示產生的作業ID為0.scheduler。
```
0.scheduler
```

步驟三：查看結果

查看作業運行情況。
```
qstat -x 0.scheduler
```
預期返回如下，當返回資訊中S為R時，表示作業正在運行中；當返回資訊中S為F時，表示作業已經運行結束。
```
Job id            Name             User              Time Use S Queue
----------------  ---------------- ----------------  -------- - -----
0.scheduler       vina_job         vinatest          00:01:56 F workq 
```
說明
作業運行結束後會產生結果檔案out.pdbqt，儲存在提交作業時的路徑下，本文樣本為/home/vinatest/out.pdbqt。
使用VNC可視化查看作業結果。
1. 開啟VNC。
  說明
  請確保叢集所屬安全性群組已開啟VNC所需連接埠。控制台操作時系統會自動開啟12016連接埠，用戶端操作時，請您自行開啟連接埠，首個VNC視窗使用12017連接埠，如果有多個使用者使用VNC，則連接埠號碼按順序遞增。
  - 通過用戶端
    1. 在用戶端的左側導覽列，單擊會話管理。
    2. 在會話管理頁面的右上方，單擊VNC，開啟VNC視窗。
  - 通過控制台
    1. 在彈性高效能運算控制台的左側導覽列，單擊叢集。
    2. 在叢集頁面，找到目的地組群，單擊更多 > VNC。
    3. 使用VNC遠端連線可視化服務。具體操作，請參見串連可視化服務。
2. 在VNC視窗中，選擇Application>System Tools>Terminal。
3. 在Terminnal中執行以下命令，開啟AutoDock Tools並載入作業結果。
```
/usr/local/bin/adt /home/vinatest/022/vina-ehpcarrayjob/1fkn_rgd.pdbqt /home/vinatest/out.pdbqt
```
  在彈出的AutoDock Tools視窗中載入模型後，顯示結果如下：