Tutorial Molecular Docking dengan Autodock Vina (+Video)

Submitted by dhnlr on Thu, 24/11/2016 - 22.10

Berdasarkan pengalaman saya dalam menunaikan tugas akhir, sangat sedikit artikel terkait yang membahasa penambatan molekul (molecular docking). Tulisan sebelumnya membahas mengenai beberapa pengertian dan pemahaman dasar penambatan molekul dengan judul Penambatan Molekul (Molecular Docking): Pendahuluan. Pada kesempatan kali ini, saya akan memberikan Tutorial Molecular Docking dengan Autodock Vina.

Perhatian

Sebelum menggunakan tutorial pada artikel ini sangat dianjurkan untuk membaca artikel saya sebelumnya dan telah memasang perangkat lunak yang diperlukan seperti Discovery Studio, Autodock Tools, Autodock Vina, dan LigPlot+.
Tutorial saya menggunakan sistem operasi Windows, namun bagi Anda yang menggunakan sistem operasi berbeda, tutorial ini tetap dapat diimplementasikan.

Praktik Molecular Docking

Mengunduh Berkas Reseptor

Langkah pertama adalah membuka laman PDB lalu ketikkan nama atau kode protein yang akan digunakan (tutorial menggunakan kode: 2VF5) pada kolom pencarian. Unduh berkas 3D reseptor dengan klik Download Files > PDB Format.

Mengunduh Reseptor-DHNLR.png

Berkas unduhan kemudian dibuka dengan perangkat lunak Discovery Studio 2016, struktur 3D kemudian dihilangkan molekul air dan ligan yang masih menempel. Pembersihan molekul air dapat dilakukan dengan klik Script > Selections > Select Water Molecules > Delete, sedangkan pembersihan ligan dilakukan dengan klik Script > Selections > Select Ligands > Delete. Selanjutnya, reseptor disimpan dengan format .pdb.

Membersihkan reseptor - molecular docking

Mengunduh Berkas Ligan

Berkas struktur ligan didapat dari situs PubChem. Lakukan pencarian dengan memasukkan nama ligan pada kolom pencarian Compound (tutorial ini menggunakan ligan dengan CID: 65084). Berkas diunduh dengan cara klik Download > 2D structure > SDF > Save. Berkas dengan format .sdf kemudian dikonversi menjadi .pdb dengan cara membuka dengan perangkat lunak Discovery Studio 2016 lalu disimpan dengan format .pdb.

Mengunduh ligan-DHNLR.png

Preparasi Reseptor

Buka berkas reseptor pada Autodock Tools dengan cara klik Grid > Macromolecule > Open. Pilih berkas reseptor .pbd sebelunya kemudian klik Open. Atom hidrogen polar ditambahkan dengan cara klik Edit > Hydrogens > Add. Pada jendela yang muncul, pilih Add Hydrogens dan pilih Polar Only lalu klik OK.

Penambahan hidrogen polar-DHNLR.png

Selanjutnya, pilih menu Edit > Hydrogens > Merge NonPolar. Berkas kemudian disimpan dalam format .pdbqt dengan cara klik Grid > Macromolecule > Choose lalu pilih reseptor yang disimpan dan simpan dengan format .pdbqt.

Penggabungan hidrogen nonpolar-DHNLR.png

Preparasi Ligan

Ligan dengan format .pdb dibuka menggunakan perangkat lunak Autodock Tools dengan cara klik Ligand > Input > Open lalu pilih berkas .pdb. Ligan kemudian dilakukan penambahkan hidrogen polar pada ligan. Pertama, pilih menu Edit > Hydrogen > Add hingga muncul jendela Add Hydrogens. Pilih Polar Only lalu tekan OK.

Penambahan hidrogen polar-DHNLR.png

Pengaturan torsi dilakukan dengan mendeteksi Root dengan cara klik Ligand > Torsion Tree > Detect Root. Kemudian torsi diatur dengan klik Ligand > Torsion Tree > Choose torsion. Pada jendela yang muncul, pilih Make peptide backbone bonds rotatable, Make amide bonds rotatable, dan Make all rotatable bonds rotatable kemudian klik Done. Simpan berkas dengan cara klik Ligand > Output > Save as PDBQT.

Mengatur torsi - molecular docking

Pembuatan Grid Box

Grid Box ini digunakan membuat peta tiga dimensi. Peta tiga dimensi merupakan wilayah pada reseptor dimana ligan dapat menambat reseptor. Penentuan peta ini dapat didasarkan pada jenis docking yang digunakan. Pada blind docking, peta tiga dimensi dibuat seluas ukuran reseptor itu sendiri sehingga kemungkinan ligan tertambat adalah di seluruh bagian reseptor sedangkan pada targeted docking peta tiga dimensi dibuat hanya seluas tertentu.
Pembuatan grid box dilakukan dengan cara pilih menu Grid > Set Map Type > Choose Ligand kemudian pada jendela Choose Ligand klik ligan dan klik Select Ligand. Selanjutnya, pilih menu Grid > Grid Box.

Membuat grid box - molecular docking

Peta tiga dimensi diperoleh dengan cara menggeser ke kanan atau ke kiri X center, Y center, dan Z center hingga ukuran peta seluas yang diinginkan. Pada blind docking, peta dibuat sebesar ukuran reseptor sedangkan pada targeted docking, peta hanya seluas daerah penambatan saja. Apabila peta tiga dimensi sudah diperoleh, dicatat semua nilai pada X center, Y center, dan Z center serta ukuran X, Y, dan Z yang tertulis di Grid Options sebagai Number of Points in X, Y, dan Z.

Penambatan Molekul (Molecular Docking)

Penambatan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Autodock Vina. Autodock Vina tidak disertai dengan antarmuka grafis sehingga untuk menjalankannya Anda harus menggunakan CMD ataupun Terminal. Gunakan baris perintah

vina.exe --config config.txt --log log.txt --out ligan_out.pdbqt

Penambatan akan menghasilkan nilai energi afinitas. Catatan hasil penambatan akan disimpan dalam file log.txt

Menambatkan molekul

Visualisasi Hasil Penambatan

Sebelum dapat melihat konformasi ligan pada LigPlot, hasil konformasi ligan berformat PDBQT harus disatukan dengan berkas reseptor berformat PDBQT yang sudah dipreparasi. Cara menyatukan kedua berkas tersebut dengan cara membukanya masing-masing di Discovery Studio 2016. Konformasi ligan yang pertama menunjukkan keadaan ligan yang paling stabil sehingga bentuk ini yang akan disatukan dengan reseptor berformat PDBQT. Klik kanan pada konformasi ligan urutan kesatu lalu pilih Copy. Selanjutnya, buka tab reseptor yang sebelumnya sudah dibuka di Discovery Studio 3.5 Visualizer. Tab reseptor ini digunakan untuk menaruh hasil konformasi ligan yang sebelumnya sudah disalin. Caranya adalah dengan mengaktifkan tab reseptor lalu klik kanan dan pilih Paste. Selanjutnya adalah tarik berkas ligan yang sudah disalin tersebut ke dalam hirarki teratas reseptor. Masuknya ligan ke dalam hirarki reseptor menunjukkan bahwa kedua berkas tersebut sudah menyatu. Pada berkas tersebut dipilih File > Save As > Save As Type > Protein Data Bank Files > Save.

Menyiapkan berkas untuk visualisasi

Setelah disimpan, berkas berisikan ligan konformasi paling stabil beserta reseptornya sudah diperoleh. Selanjutnya berkas ini dapat dilihat interaksinya dalam bentuk dua dimensi menggunakan LigPlot. Contoh tampilan dari tampilan LigPlot adalah sebagai berikut:

Hasil visualisasi penambatan

Video Tutorial

Untuk mempermudah praktik, berikut video tutorial:

Tags
Tekno

Add new comment