AutoDock-GPU: Perangkat lunak penambatan molekul yang berjalan di GPU

Autodock adalah perangkat lunak penambatan molekul gratis yang banyak digunakan untuk prediksi interaksi pada molekul kecil dari suatu senyawa dengan target protein. Autodock terdiri dari dua program, Pertama AutoDock untuk melakukan simulasi penambatan molekul antara reseptor dan ligan dan kedua Autogrid yang digunakan untuk membuat ruang tiga dimensi  untuk tempat ligan berada sebelum dilakukan penambatan molekul (Grid Box). Autodock memiliki Graphical User Interface (GUI) bernama AutoDock Tools.

Autodock memiliki algoritma yang dapat dipilih seperti Lamarckian Genetic Algoritm, Local Search, Darwinian Genetic Algoritm dan Simulated Annealing. Kelebihan Autodock dan menjadi favorit karena memiliki tampilan dan mudah untuk dipelajari, karena tidak terlalu banyak menggunakan script atau perintah terminal. Namun keterbatasan Autodock ini yaitu proses yang lama karena hanya menggunakan satu core di central processing unit  (CPU).

Adanya perangkat lunak AutoDock-GPU mampu mempercepat proses simulasi penambatan molekul karena berjalan di Graphics processing unit (GPU) beberapa benchmarking yang dilakukan penulis menemukan kecepatan simulasi mampu berjalan 30 kali lebih cepat jika menggunakan AutoDock-GPU. Secara umum penggunaan AutoDock-GPU hampir sama dengan AutoDock biasa yaitu preparasi receptor dan ligan biasanya dimulai dengan:

1. Air pada protein dihapus, selanjutnya protein dipisahkan menjadi reseptor dan ligan
2. Penambahan hidrogen pada reseptor dan ligan bagian polar, selanjutnya ditambahkan muatan berupa Gasteiger atau Kollman
3. Reseptor dan ligan disimpan dalam format pdbqt
4. Pembuatan Grid Box, baik menggunakan Autodock Tools secara manual atau dengan autogrid berbasis python dengan perintah:

• python.exe prepare_gpf.py -l ligan.pdbqt -r protein.pdbqt -y
• autogrid4 -p protein.gpf -l protein.glg

5. Nantinya akan diperoleh file Grid Parameters File (GPF), Docking Parameters File (DPF) dan File Atomic Affinity and Electorstatic Grid berbentuk file dengan format .maps dan .maps.fld

Penggunaan AutoDock-GPU dapat dilakukan dengan 3 cara berbeda yaitu:

1. Menggunakan Google Colab 

           Untuk video penggunaannya dapat dilihat berikut:

2. Instalasi di komputer dengan Operation System (OS) Linux atau Windows Subsystem for Linux (WSL)

      Untuk melakukan simulasi di komputer dimulai installasi nvidia toolkit dan install AutoDock-GPU di komputer, nantinya proses akan berjalan di terminal, Video penggunaanya dapat dilihat disini:

3. Instalasi via kontainer Docker (Tingkat kesulitan tinggi) 

          Cara penggunaan dapat dilihat link berikut: https://catalog.ngc.nvidia.com/orgs/hpc/containers/autodock

Referensi:

1. https://catalog.ngc.nvidia.com/orgs/hpc/containers/autodock
2. https://github.com/ccsb-scripps/AutoDock-GPU
3. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.0c01006