g_mmpbsa — инструмент GROMACS для высокопроизводительных расчётов MM-PBSA

Молекулярная механика с расчётом площади поверхности, доступной растворителю, на основе уравнения Пуассона—Больцмана (MM-PBSA) — метод оценки свободной энергии взаимодействия, который всё чаще применяют при изучении биомолекулярных взаимодействий. В последнее время его также используют в качестве функции оценки при компьютерном проектировании лекарств. В этой статье описан новый инструмент g_mmpbsa, реализующий метод MM-PBSA с помощью собственных подпрограмм и подпрограмм из пакетов GROMACS и APBS. Инструмент разработан в рамках консорциума Open Source Drug Discovery (OSDD) для объединения высокопроизводительного моделирования молекулярной динамики (МД) с расчётами энергии связывания. g_mmpbsa позволяет выбирать различные радиусы атомов и модели неполярной сольватации, в том числе основанные на площади поверхности, доступной растворителю (SASA), объёме, доступном растворителю (SAV), а также модель, включающую отталкивающий компонент (SASA–SAV) и притягивающий компонент, описываемый интегральным методом, аналогичным методу Уикса—Чандлера—Андерсена. Эффективность инструмента иллюстрируется сопоставлением рассчитанной энергии взаимодействия с экспериментальными свободными энергиями связывания для 37 структурно разнообразных комплексов ингибиторов протеазы ВИЧ-1. Исследовано влияние различных сочетаний входных параметров, включая радиусы атомов, диэлектрическую проницаемость, разрешение расчётной сетки, способ определения границы между растворённым веществом и растворителем, а также модели неполярной сольватации. g_mmpbsa позволяет также оценивать вклад каждого остатка в энергию связывания. Инструмент использовали для выявления остатков протеазы ВИЧ-1, наиболее важных для связывания различных ингибиторов.