Pyrosetta 多方位解析

一、Pyrosetta 安裝

Pyrosetta 是 Rosetta 的 Python 包裝器，它可以為 Rosetta 提供 Python 接口，使 Rosetta 更加易用，便於進行蛋白質結構與功能分析等應用。Pyrosetta 的安裝需要先安裝 Rosetta ，具體步驟如下：

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

安裝完成後需要下載 pyrosetta 相關庫：

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

二、Pyrosetta 和 Rosetta 的區別

在使用 Pyrosetta 前，需要先了解 Pyrosetta 和 Rosetta 的區別。

Rosetta 是一款蛋白質二次結構預測與蛋白質三維結構預測軟件包，它是一個成熟、龐大、靈活的軟件包，可以進行從單體到配體、蛋白結構優化、分子對接等範疇的計算。

Pyrosetta 則是 Rosetta 的 Python 包裝器，它為 Rosetta 提供 Python 接口。Pyrosetta 的主要功能是提供一種靈活方便的 Python 接口，使得 Rosetta 更加易用，方便用戶進行蛋白質結構與功能分析等應用。同時，Python 自身的特點也使得 Pyrosetta 在協同使用其他 Python 軟件包時更具方便性。

三、Pyrosetta 生成

Pyrosetta 對蛋白進行的幾何優化包括如下幾個方面：

1. 蛋白氨基酸二面角搜索；

2. 蛋白內外殘基間非共價相互作用力場優化；

3. 對於蛋白與配體之間的相互作用進行優化；

其中，對於配體的構象搜索與優化使用的也是 Rosetta 軟件包。

生成 Pyrosetta 分為兩種方式：

1. 通過 .pdb 文件讀取蛋白分子信息；

from pyrosetta import pose_from_pdb

pose = pose_from_pdb("filename.pdb")

2. 通過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 報錯

在使用 Pyrosetta 過程中可能會遇到一些報錯信息，例如無法找到庫文件等。在解決該問題前需要首先了解 Pyrosetta 報錯的原因。

Pyrosetta 報錯可能有如下原因：

1. Pyrosetta 版本不夠穩定或安裝不完全；

2. Pyrosetta 版本與 Rosetta 版本不匹配；

3. 路徑配置錯誤。

建議在使用 Pyrosetta 過程中，首先嘗試使用最新版本、完整安裝、合適匹配的 Pyrosetta 和 Rosetta 版本。如果還是遇到報錯，可以使用 Pyrosetta 的 verbose 參數，來調試解決問題。

from pyrosetta import init
init(extra_options='-mute all -mute JD2.ScoreFunctionFactory:')

# 或者使用更為詳細的 verbose 參數

init(options='-corrections:beta_nov16 true -mute all -mute core.conformation.util -mute core.pack.task')

五、Pyrosetta 自動生成

Pyrosetta 提供了 PDB 文件的自動生成功能，使得用戶能夠快速、方便地生成並操作 PDB 文件。

from pyrosetta import pose_from_sequence

pose = pose_from_sequence("ABC")
pose.dump_pdb("filename.pdb")

六、Pyrosetta4 安裝教程

Pyrosetta4 可以通過以下命令進行安裝：

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

七、Pyrosetta 用戶名密碼

在使用 Pyrosetta 進行計算時，經常需要輸入用戶名和密碼。這些信息可以在 Pyrosetta 的官方網站上註冊獲取。

from pyrosetta import init

init("-username  -password ")

八、Pyrosetta Torsion

Torsion angle 是描述蛋白質二級結構的基本參數之一。Pyrosetta 能夠通過其內建的函數獲取蛋白質的 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 蛋白對接

Pyrosetta 提供了多種蛋白對接的方法，其中最常用的方法是 Fast Fourier Transform 基礎的蛋白質與配體對接方法。

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()

# 設置任務
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()

# 進行蛋白對接
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) # 移除掉配體
dock_pose.pdb_info().name("docked_pose")
dock_pose = dock_protocol.apply(dock_pose)

十、Pyrosetta ligand docking

Pyrosetta 還支持蛋白質對配體進行 docking，其中最常用的方法是 Fast Fourier Transform 基礎的蛋白質與配體對接方法。

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()

# 設置任務
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()

# 進行配體 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)