Pyrosetta 多方位解析

发布时间：2023-05-20

Pyrosetta 使用指南

一、Pyrosetta 安装

Pyrosetta 是 Rosetta 的 Python 包装器，它可以为 Rosetta 提供 Python 接口，使 Rosetta 更加易用，便于进行蛋白质结构与功能分析等应用。Pyrosetta 的安装需要先安装 Rosetta，具体步骤如下：

wget https://www.rosettacommons.org/downloads/Threading-libraries/rosetta3.11.source.tgz
tar zxvf rosetta3.11.source.tgz 
cd rosetta_source
./scons.py -j4 mode=release bin

安装完成后需要下载 pyrosetta 相关库：

git clone https://github.com/RosettaCommons/pyrosetta.git
cd pyrosetta
python setup.py install

二、Pyrosetta 和 Rosetta 的区别

在使用 Pyrosetta 前，需要先了解 Pyrosetta 和 Rosetta 的区别。 Rosetta 是一款蛋白质二次结构预测与蛋白质三维结构预测软件包，它是一个成熟、庞大、灵活的软件包，可以进行从单体到配体、蛋白结构优化、分子对接等范畴的计算。 Pyrosetta 则是 Rosetta 的 Python 包装器，它为 Rosetta 提供 Python 接口。Pyrosetta 的主要功能是提供一种灵活方便的 Python 接口，使得 Rosetta 更加易用，方便用户进行蛋白质结构与功能分析等应用。同时，Python 自身的特点也使得 Pyrosetta 在协同使用其他 Python 软件包时更具方便性。

三、Pyrosetta 生成

Pyrosetta 对蛋白进行的几何优化包括如下几个方面：

  1. 蛋白氨基酸二面角搜索；
  2. 蛋白内外残基间非共价相互作用力场优化；
  3. 对于蛋白与配体之间的相互作用进行优化； 其中，对于配体的构象搜索与优化使用的也是 Rosetta 软件包。 生成 Pyrosetta 分为两种方式：
  4. 通过 .pdb 文件读取蛋白分子信息；
from pyrosetta import pose_from_pdb
pose = pose_from_pdb("filename.pdb")
  1. 通过序列信息生成蛋白分子信息。
from pyrosetta.toolbox import generate_pose_from_sequence
sequence = "SEQ"
pose = generate_pose_from_sequence(sequence)

四、Pyrosetta 报错

在使用 Pyrosetta 过程中可能会遇到一些报错信息，例如无法找到库文件等。在解决该问题前需要首先了解 Pyrosetta 报错的原因。 Pyrosetta 报错可能有如下原因：

  1. Pyrosetta 版本不够稳定或安装不完全；
  2. Pyrosetta 版本与 Rosetta 版本不匹配；
  3. 路径配置错误。 建议在使用 Pyrosetta 过程中，首先尝试使用最新版本、完整安装、合适匹配的 Pyrosetta 和 Rosetta 版本。如果还是遇到报错，可以使用 Pyrosetta 的 verbose 参数，来调试解决问题。
from pyrosetta import init
init(extra_options='-mute all -mute JD2.ScoreFunctionFactory:')
# 或者使用更为详细的 verbose 参数
init(options='-corrections:beta_nov16 true -mute all -mute core.conformation.util -mute core.pack.task')

五、Pyrosetta 自动生成

Pyrosetta 提供了 PDB 文件的自动生成功能，使得用户能够快速、方便地生成并操作 PDB 文件。

from pyrosetta import pose_from_sequence
pose = pose_from_sequence("ABC")
pose.dump_pdb("filename.pdb")

六、Pyrosetta4 安装教程

Pyrosetta4 可以通过以下命令进行安装：

git clone https://github.com/RosettaCommons/pyrosetta.git
cd pyrosetta
git checkout origin/release/v4.0
python3 setup.py install

七、Pyrosetta 用户名密码

在使用 Pyrosetta 进行计算时，经常需要输入用户名和密码。这些信息可以在 Pyrosetta 的官方网站上注册获取。

from pyrosetta import init
init("-username <username> -password <password>")

八、Pyrosetta Torsion

Torsion angle 是描述蛋白质二级结构的基本参数之一。Pyrosetta 能够通过其内建的函数获取蛋白质的 torsion angle。

from pyrosetta import pose_from_sequence
from pyrosetta.rosetta.core.kinematics import FoldTree
pose = pose_from_sequence("SEQUENCE")
ft = FoldTree()
ft_from_pose = pose.fold_tree()
print(ft == ft_from_pose)

九、Pyrosetta 蛋白对接

Pyrosetta 提供了多种蛋白对接的方法，其中最常用的方法是 Fast Fourier Transform 基础的蛋白质与配体对接方法。

from pyrosetta import *
from pyrosetta.rosetta.protocols.docking import *
from pyrosetta.rosetta.core.scoring import *
from pyrosetta.rosetta.core.pack.task import *
from pyrosetta.rosetta.core.select.residue_selector import *
from pyrosetta.rosetta.core.simple_metrics.metrics import *
from pyrosetta.rosetta.core.simple_metrics.per_residue_metrics import *
from pyrosetta.rosetta.core.pose import *
from pyrosetta.rosetta.core.scoring.docking import *
init()
# 设置任务
tf = TaskFactory()
task = tf.create_packer_task(pose)
task.restrict_to_repacking()
mut_residues = [1]
for resi in mut_residues:
    task.nonconst_residue_task(resi).prevent_repacking()
# 进行蛋白对接
dock_protocol = DockingHighRes()
dock_protocol.set_scorefxn(get_fa_scorefxn())
dock_protocol.set_task_factory(tf)
dock_protocol.set_min_type("lbfgs_armijo_nonmonotone")
dock_pose = pose_from_pdb("complex.pdb")
dock_pose.delete_polymer_residue_range(1, 5) # 移除掉配体
dock_pose.pdb_info().name("docked_pose")
dock_pose = dock_protocol.apply(dock_pose)

十、Pyrosetta ligand docking

Pyrosetta 还支持蛋白质对配体进行 docking，其中最常用的方法是 Fast Fourier Transform 基础的蛋白质与配体对接方法。

from pyrosetta import *
from pyrosetta.rosetta.protocols.docking import *
from pyrosetta.rosetta.core.scoring import *
from pyrosetta.rosetta.core.pack.task import *
from pyrosetta.rosetta.core.select.residue_selector import *
from pyrosetta.rosetta.core.simple_metrics.metrics import *
from pyrosetta.rosetta.core.simple_metrics.per_residue_metrics import *
from pyrosetta.rosetta.core.pose import *
from pyrosetta.rosetta.core.scoring.docking import *
init()
# 设置任务
task_factory = TaskFactory()
task_factory.push_back(InitializeFromCommandline())
packer_task = task_factory.create_task_and_apply_taskoperations(pose)
packer_task.restrict_to_repacking()
mut_residues = [1]
for resi in mut_residues:
    packer_task.nonconst_residue_task(resi).prevent_repacking()
# 进行配体 docking
docking = DockMCMProtocol()
scorefxn_low = create_score_function('ligand')
scorefxn_low.set_weight(str(core.scoring.ScoreType.fa_dun),0.5)
scorefxn_high = create_score_function_ws_patch('ligand','standard', 'basic', 'score12')
scorefxn_high.set_weight(str(core.scoring.ScoreType.fa_dun),0.5)
docking.set_scorefxn_low_resolution(scorefxn_low)
docking.set_scorefxn_high_resolution(scorefxn_high)
docking.set_mcm_cycles(10)
docking.apply(packed_pose_in)
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