Discovery Studio

文章(zhāng)作者： 華星信息技術 更新時(shí)間：2020-03-31 09:48

Discovery Studio™（簡稱DS），基于Windows/Linux系統，面向生命科學領域的(de)新一代藥物(wù)發現與生物(wù)大(dà)分(fēn)子計算(suàn)模拟平台。它服務于生命科學領域的(de)實驗生物(wù)學家、藥物(wù)化(huà)學家、結構生物(wù)學家、計算(suàn)生物(wù)學家和(hé)計算(suàn)化(huà)學家，應用(yòng)于蛋白質結構功能研究，以及藥物(wù)發現。爲科學家提供易用(yòng)的(de)蛋白質模拟、藥物(wù)的(de)設計與優化(huà)工具。通(tōng)過高(gāo)質量的(de)圖形界面、經多(duō)年驗證的(de)科學算(suàn)法以及集成的(de)環境，DS将實驗數據的(de)保存、管理(lǐ)與專業水(shuǐ)準的(de)建模、模拟工具集成在一起，爲研究隊伍的(de)合作與信息共享提供平台。

Discovery Studio 藥物(wù)發現與生物(wù)大(dà)分(fēn)子計算(suàn)模拟平台的(de)主要模拟功能包括：

  •   生物(wù)大(dà)分(fēn)子：蛋白/核酸的(de)序列分(fēn)析、蛋白進化(huà)分(fēn)析、蛋白質三維結構的(de)預測與模拟、蛋白質結構表面電荷分(fēn)析及pKa值預測、膜蛋白的(de)結構預測與模拟、抗體結構的(de)預測與模拟、蛋白理(lǐ)性設計、虛拟氨基酸突變、二硫鍵預測、虛拟丙氨酸掃描、虛拟飽和(hé)突變、蛋白聚集效應預測、抗體的(de)設計與優化(huà)、抗體人(rén)源化(huà)、抗體親和(hé)力成熟、酶的(de)設計與優化(huà)、核酸的(de)設計與模拟、蛋白-蛋白（核酸/多(duō)肽）相互作用(yòng)預測、蛋白-小分(fēn)子相互作用(yòng)預測、X-ray晶體結構解析等；

  •   計算(suàn)化(huà)學：分(fēn)子力學計算(suàn)和(hé)分(fēn)子動力學模拟、拉伸分(fēn)子動力學模拟、量子力學/分(fēn)子力學（QM/MM）計算(suàn)等；

  •   基于靶标結構藥物(wù)設計：基于靶标結構的(de)化(huà)合物(wù)虛拟篩選、全新藥物(wù)設計、me too/me better藥物(wù)設計、藥靶作用(yòng)機制解釋、分(fēn)子對(duì)接、基于片段的(de)藥物(wù)設計與改造等；

  •   基于配體藥物(wù)設計部分(fēn)：完全基于配體的(de)藥效團設計、基于配體-受體複合物(wù)的(de)藥效團設計、化(huà)合物(wù)數據庫的(de)構建和(hé)篩選、藥效團數據庫的(de)構建與保存、基于藥效團數據庫的(de)反向找靶、定量構效關系分(fēn)析（QSAR/QSPR）、構效關系分(fēn)析（MMP）、虛拟組合化(huà)學庫的(de)設計與分(fēn)析、類藥性篩選、化(huà)合物(wù)構象搜索和(hé)分(fēn)析、化(huà)合物(wù)ADMET性質預測等；

 

      基于上述模拟功能，Discovery Studio的(de)應用(yòng)主要涵蓋藥物(wù)、化(huà)學、生物(wù)三大(dà)學科，研究領域包括：疾病的(de)發病機理(lǐ)研究、新藥發現和(hé)設計、生物(wù)信息學、結構生物(wù)學、酶學、免疫學、病毒學、蛋白質工程、腫瘤研究、食品科學、環境毒理(lǐ)研究等。

Discovery Studio功能模塊簡介

基本界面和(hé)顯示模塊

  •  Discovery Studio Standalone

  •  Discovery Studio Visualizer Client

  •  Pipeline Pilot Server

  •  Discovery Studio Visualizer

  •  ActiveX Control

蛋白質模建及模拟模塊

  •  DS MODELER

  •  DS Protein Refine

  •  DS Protein Families

  •  DS Protein Health

  •  DS Sequence Analysis

  •  DS Protein Docking

  •  DS Biopolymer

  •  DS Protein Aggregation

分(fēn)子力學、分(fēn)子動力學、分(fēn)子力學/量子力學模拟模塊

  •  DS CHARMm

  •  DS CHARMm Lite

  •  DS CFF （高(gāo)級II類力場(chǎng)）

  •  DS MMFF （Merck Molecular Force Field）

  •  DS Analysis

  •  DS QUANTUMm

基于結構的(de)藥物(wù)發現和(hé)設計模塊

  •  DS Flexible Docking

  •  DS LigandFit

  •  DS LibDock

  •  DS LigandScore

  •  DS CDOCKER

  •  DS GOLD interface

基于片段的(de)藥物(wù)設計模塊

  •  DS Ludi

  •  DS De Novo Evolution

  •  DS MCSS

  •  DS Grow Scaffold

  •  DS Replace Fragment

基于藥效團的(de)藥物(wù)發現和(hé)設計模塊

  •  DS Catalyst Conformation

  •  DS Catalyst Hypothesis

  •  DS Catalyst Shape

  •  DS Catalyst Score

  •  DS Catalyst Structure Based Pharmacophore （SBP）

  •  DS Catalyst DB Build

  •  DS Catalyst DB Search

  •  DS De Novo Ligand Builder

  •  PCDB （PharmaCoreDB）

  •  PharmaDB

基于小分(fēn)子的(de)藥物(wù)發現和(hé)設計模塊

  •  DS QSAR，DS QSAR+

  •  DS MMP

  •  DS DMOL3 Descriptor

  •  DS Library Design

  •  DS ADMET & TOPKAT Toxicity Bundle

生物(wù)大(dà)分(fēn)子X-ray晶體結構解析模塊

  •  DS X-RAY

 

基本界面和(hé)顯示模塊

  •  Discovery Studio Standalone

可(kě)視化(huà)界面，是利用(yòng)Discovery Studio軟件進行分(fēn)子設計和(hé)模拟的(de)基礎，支持“服務器（server）-客戶端（client）”安裝在同一台機器上的(de)運行模式。與Pipeline Pilot Server結合在一起，提供化(huà)學/生物(wù)學數據顯示、動态變化(huà)展示、三維作圖、動畫(huà)的(de)輸出等顯示功能，及許多(duō)其它模拟分(fēn)析功能，如三維分(fēn)子的(de)構建、受體結合口袋的(de)快(kuài)速顯示、分(fēn)子間2D/3D相互作用(yòng)的(de)分(fēn)析與現實、基于MMP方法的(de)SAR分(fēn)析、基于藥化(huà)反應進行化(huà)合物(wù)的(de)片段生長(cháng)、基于電子等排體替換的(de)化(huà)合物(wù)骨架躍遷以及二硫鍵突變位點預測。

 

  •  Discovery Studio Visualizer Client

“服務器（server）-客戶端（client）”運行模式中、客戶端的(de)可(kě)視化(huà)界面，用(yòng)于訪問和(hé)使用(yòng)服務器端的(de)Discovery Studio軟件。必須與服務器端配置的(de)Pipeline Pilot Server協同工作，爲用(yòng)戶提供數據、工作流程和(hé)計算(suàn)資源的(de)共享。

 

  •  Pipeline Pilot Server

軟件的(de)計算(suàn)服務器端。

 

  •  Discovery Studio Visualizer

免費的(de)分(fēn)子結構顯示和(hé)分(fēn)析軟件，包含Discovery Studio Visualizer Client的(de)部分(fēn)顯示功能，但無法與計算(suàn)服務器Pipeline Pilot連接。此産品通(tōng)過注冊下(xià)載獲得(de)。

 

  •  ActiveX Control

免費的(de)分(fēn)子三維結構顯示插件。适用(yòng)于Windows環境，該插件可(kě)以幫助用(yòng)戶在IE、Powerpoint中直接顯示和(hé)分(fēn)析分(fēn)子的(de)三維結構。此産品通(tōng)過注冊下(xià)載獲得(de)。

 

蛋白質模建及模拟模塊

  •  DS MODELER

隻要給出未知結構序列與另一個(gè)已知三維結構且具有一定同源性的(de)蛋白，利用(yòng)工業标準的(de)快(kuài)速同源模建方法，便可(kě)自動并快(kuài)速預測蛋白結構。可(kě)預測的(de)蛋白結構類型包括酶、抗體、跨膜蛋白。對(duì)于靶标發現及蛋白家族功能結構分(fēn)析，MODELER是一個(gè)理(lǐ)想的(de)解決方案。用(yòng)MODELER還(hái)可(kě)以模拟蛋白突變，進行loop區(qū)模建及基于結構的(de)比對(duì)并構建有配體結合的(de)蛋白結構模型。結合Sequence Analysis模塊，可(kě)以全自動完成抗體Fab區(qū)、Fv區(qū)以及全長(cháng)抗體結構的(de)模建。結合Discovery Studio裏模拟及以結構爲基礎的(de)藥物(wù)設計的(de)功能模塊，用(yòng)MODELER還(hái)可(kě)以深入研究蛋白結構及功能的(de)關系。同時(shí)，MODELER程序支持并行計算(suàn)。

 

  •  DS Protein Refine

利用(yòng)CHARMm對(duì)模建好的(de)蛋白質進行側鏈和(hé)loop區(qū)的(de)優化(huà)，提高(gāo)蛋白同源模型的(de)準确性。

 

  •  DS Protein Families

分(fēn)析蛋白家族蛋白序列的(de)保守模式以及在三維結構上保守殘基的(de)位置，可(kě)以在分(fēn)子水(shuǐ)平上更好地了(le)解到蛋白功能機制。Protein Families簡單易用(yòng)的(de)流程（protocols），也(yě)可(kě)一步步地引導用(yòng)戶進行分(fēn)析，從蛋白家族的(de)序列或結構比對(duì)，到進化(huà)蹤迹分(fēn)析。而進化(huà)蹤迹分(fēn)析包括用(yòng)分(fēn)層聚類的(de)方法來(lái)建立蛋白家族系統樹（phylogenetic tree）圖以及把這(zhè)些得(de)到的(de)功能注釋信息畫(huà)到三維結構上去。進行序列比對(duì)時(shí)，允許根據需要對(duì)比對(duì)結果添加約束，提高(gāo)活性部位關鍵殘基的(de)比對(duì)效果。

 

  •  DS Protein Health

蛋白質三維結構合理(lǐ)性評價工具。Protein Health模塊運用(yòng)Profiles 三維方法，通(tōng)過将三維結構的(de)結構環境與特定氨基酸殘基的(de)優先外界環境相比較，獲得(de)相關結構性質與氨基酸序列信息之間的(de)關系。通(tōng)過Protein Health模塊的(de)分(fēn)析，用(yòng)戶可(kě)以方便快(kuài)速地找到蛋白質結構中不合理(lǐ)的(de)區(qū)域。

 

  •  DS Sequence Analysis

與功能已知的(de)其它蛋白序列進行比對(duì)，是确定蛋白生物(wù)功能的(de)*步。用(yòng)Sequence Analysis可(kě)以讓用(yòng)戶使用(yòng)BLAST及PSI-BLAST算(suàn)法來(lái)搜索本地數據庫或者NCBI網上數據庫，确定蛋白序列的(de)同源區(qū)域。搜索結果在交互的(de)報告格式裏顯示以方便進行進一步的(de)分(fēn)析及在其它Discovery Studio模塊裏面的(de)使用(yòng)。基于上述分(fēn)析序列分(fēn)析結果，可(kě)以進行進化(huà)樹的(de)構建和(hé)分(fēn)析。Discovery Studio同時(shí)還(hái)支持抗體序列的(de)注釋功能、種系基因V基因和(hé)J基因的(de)識别功能，以及基于蛋白序列進行蛋白翻譯後修飾位點、抗原線性表位的(de)預測功能和(hé)蛋白分(fēn)子量、等電點、淨電荷等生物(wù)物(wù)理(lǐ)學性質的(de)計算(suàn)功能。

 

  •  DS Protein Docking

快(kuài)速而準确的(de)蛋白-蛋白（核酸/多(duō)肽）複合物(wù)結構預測工具。Protein Docking采用(yòng)經典可(kě)靠的(de)ZDOCK算(suàn)法預測蛋白-蛋白複合物(wù)結構，共包括ZDOCK、ZRANK、RDOCK三個(gè)計算(suàn)模塊。ZDOCK用(yòng)于蛋白-蛋白剛性對(duì)接，ZRANK用(yòng)于對(duì)ZDOCK得(de)到的(de)結構進行基于能量的(de)重打分(fēn)，RDOCK則基于CHARMm能量zui小化(huà)方法優化(huà)ZDOCK得(de)到的(de)結構。Discovery Studio中還(hái)提供對(duì)ZDOCK結果進行包括聚類分(fēn)析在内的(de)分(fēn)析功能，幫助用(yòng)戶方便快(kuài)速地縮小範圍，鎖定感興趣的(de)複合物(wù)結構。

 

  •  DS Biopolymer

DS Biopolymer模塊整合了(le)Delphi功能，爲用(yòng)戶提供操作簡單易學且實用(yòng)的(de)模型搭建以及生物(wù)大(dà)分(fēn)子靜電勢分(fēn)析工具。DS Biopolymer可(kě)用(yòng)于搭建和(hé)修飾蛋白質和(hé)小肽分(fēn)子、将蛋白質複合物(wù)分(fēn)成不同的(de)組分(fēn)、快(kuài)速産生肽類或蛋白質分(fēn)子的(de)性質分(fēn)析報告、計算(suàn)蛋白的(de)靜電勢分(fēn)布和(hé)溶劑化(huà)能以及蛋白氨基酸殘基pKa值、計算(suàn)蛋白偶極矩随pH的(de)變化(huà)、評估蛋白質的(de)溶解性和(hé)黏度。DS Biopolymer産生的(de)小分(fēn)子以及生物(wù)大(dà)分(fēn)子模型可(kě)以在Discovery Studio其他(tā)模塊中進行進一步的(de)分(fēn)析。

 

  •  DS Protein Aggregation

預測抗體、蛋白、多(duō)肽等生物(wù)類型的(de)藥物(wù)在制造、生産過程的(de)聚集效應，從而确定其穩定性。通(tōng)過預測影(yǐng)響蛋白自聚集的(de)氨基酸位點，來(lái)進行氨基酸突變，從而實現蛋白設計與優化(huà)。

 

分(fēn)子力學、分(fēn)子動力學、分(fēn)子力學/量子力學模拟模塊

  •  DS CHARMm

工業标準的(de)分(fēn)子力學及動力學程序。基于哈佛的(de)CHARMM模拟引擎，CHARMm不斷開發升級并增加zui新的(de)功能。利用(yòng)經典而強大(dà)的(de)CHARMm計算(suàn)引擎及CHARMm系列力場(chǎng)，進行分(fēn)子動力學模拟，動态研究蛋白、核酸、糖類、脂質、多(duō)肽、小分(fēn)子及相應的(de)複合物(wù)等多(duō)種分(fēn)子在不同環境和(hé)狀态下(xià)的(de)熱(rè)力學及動力學特性。爲了(le)研究時(shí)間尺度更廣的(de)生物(wù)學過程，DS CHARMm還(hái)支持拉伸分(fēn)子動力學模拟，可(kě)動态研究配體的(de)去結合過程、通(tōng)道蛋白中離子/配體的(de)拉離過程以及蛋白的(de)去折疊過程及構象的(de)變化(huà)，預測受體-配體結合自由能。基于DS CHARMm還(hái)可(kě)以采用(yòng)虛拟的(de)丙氨酸掃描（computational alanine scanning）、飽和(hé)突變（Saturated Mutation）方法分(fēn)析氨基酸突變對(duì)蛋白質熱(rè)穩性、蛋白複合物(wù)親和(hé)力的(de)影(yǐng)響，從而快(kuài)速高(gāo)效地進行蛋白質設計與優化(huà)。在Discovery Studio中CHARMm也(yě)可(kě)應用(yòng)于基于結構的(de)藥物(wù)設計模塊。基于CHARMm的(de)對(duì)接算(suàn)法CDOCKER可(kě)以精确預測蛋白-配體相互作用(yòng)關系。在此基礎上，利用(yòng)CHARMm還(hái)可(kě)以進行考慮藥效團限制的(de)分(fēn)子對(duì)接。同時(shí)，通(tōng)過熵的(de)計算(suàn)可(kě)以進一步提高(gāo)MM-GBSA和(hé)MM-PBSA受體-配體結合自由能計算(suàn)的(de)準确性。用(yòng)戶可(kě)以使用(yòng)CHARMm組件定制複雜(zá)的(de)模拟流程，也(yě)可(kě)以将該流程與其它計算(suàn)應用(yòng)軟件整合在一起使用(yòng)。支持CHARMm、charmm36、charmm27、charmm22、charmm19力場(chǎng)，可(kě)模拟多(duō)種Poisson-Boltzmann （PB）和(hé)Generalized Born （GB）類型的(de)隐形溶劑模型。支持并行計算(suàn)。在DS4.0版本中又引入了(le)NAMD模拟引擎，使得(de)計算(suàn)速度更快(kuài)。

 

  •  DS CHARMm Lite

用(yòng)CHARMm Lite預測配體與受體親合力，可(kě)得(de)到配體更加精确的(de)打分(fēn)及排序。CHARMm Lite也(yě)可(kě)用(yòng)經過驗證的(de)CHARMm、CFF或MMFF力場(chǎng)及其它幾個(gè)優化(huà)算(suàn)法進行原位的(de)配體優化(huà)，它的(de)應用(yòng)還(hái)可(kě)擴展到大(dà)量配體的(de)高(gāo)通(tōng)量分(fēn)析。所有的(de)工作都可(kě)以在後台并行計算(suàn)。

 

  •  DS CFF （高(gāo)級II類力場(chǎng)）

第二類全原子力場(chǎng)，可(kě)以應用(yòng)于蛋白、核酸、糖類、脂質、多(duō)肽等大(dà)部分(fēn)生物(wù)分(fēn)子及小分(fēn)子結構的(de)模拟研究。

 

  •  DS MMFF （Merck Molecular Force Field）

來(lái)自于從頭計算(suàn)和(hé)實驗數據的(de)第二類力場(chǎng)，專爲準确處理(lǐ)構象能和(hé)非鍵相互作用(yòng)而設計，用(yòng)于配體或有機小分(fēn)子的(de)模拟研究。

 

  •  DS Analysis

分(fēn)子動力學結果分(fēn)析和(hé)顯示模塊。能夠分(fēn)析和(hé)顯示分(fēn)子動力學軌迹文件，包括對(duì)軌迹進行主成分(fēn)分(fēn)析、計算(suàn)徑向分(fēn)布函數、原子間距離和(hé)角度等的(de)變化(huà)分(fēn)析、RMSD和(hé)RMSF的(de)分(fēn)析等。可(kě)以将分(fēn)子軌迹文件以動态、曲線圖和(hé)表格的(de)方式表現出來(lái)。Analysis模塊可(kě)以幫助用(yòng)戶很好地理(lǐ)解酶催化(huà)機制、受體激活以及細胞信号轉導過程中分(fēn)子構象與能量間的(de)相互影(yǐng)響。

 

  •  DS QUANTUMm

使用(yòng)量子力學/分(fēn)子力學（QM/MM）方法可(kě)以從電子水(shuǐ)平精确優化(huà)靶标蛋白-配體複合物(wù)中，結合位點處的(de)構象和(hé)能量，計算(suàn)精度高(gāo)于單純的(de)力學優化(huà)。其中量化(huà)方法采用(yòng)基于密度泛函理(lǐ)論的(de)DMOL3程序，力學優化(huà)采用(yòng)CHARMm。需要用(yòng)戶定義相應的(de)QM區(qū)和(hé)MM區(qū)。

 

基于結構的(de)藥物(wù)發現和(hé)設計模塊

  •  DS Flexible Docking

受體柔性對(duì)接工具（“Induced-Fit”對(duì)接工具），可(kě)以實現配體與受體雙柔性對(duì)接，模拟配體與受體結合時(shí)的(de)“誘導——契合”效應。Flexible Docking模塊先對(duì)蛋白活性口袋的(de)側鏈産生多(duō)個(gè)構象，然後将配體對(duì)接到受體的(de)活性口袋當中，zui後對(duì)得(de)到的(de)配體-受體複合物(wù)結構進行優化(huà)。Flexible Dockingzui大(dà)的(de)優勢在于準确，可(kě)以精細地研究配體-受體的(de)相互作用(yòng)信息，适合于作用(yòng)機理(lǐ)研究。需要DS CHARMm， DS LibDock， DS Catalyst Conformation， DS Protein Refine模塊支持。

 

  •  DS LigandFit

基于形狀匹配的(de)分(fēn)子對(duì)接程序，采用(yòng)蒙特卡羅方法對(duì)小分(fēn)子的(de)柔性進行采樣。LigandFit模塊可(kě)以方便快(kuài)速地将小分(fēn)子化(huà)合物(wù)對(duì)接到生物(wù)大(dà)分(fēn)子的(de)活性位點中，是一個(gè)快(kuài)速、靈活的(de)分(fēn)子對(duì)接程序，可(kě)以考慮配體結合取向、結合構象以及形狀匹配等多(duō)種因素。LigandFit在高(gāo)通(tōng)量虛拟篩選時(shí)可(kě)并行計算(suàn)。同時(shí)具有設置interaction filter的(de)功能。

 

  •  DS LibDock

快(kuài)速的(de)分(fēn)子對(duì)接工具，适用(yòng)于對(duì)大(dà)規模數據庫進行快(kuài)速精确的(de)虛拟篩選。LibDock根據小分(fēn)子構象與受體相互作用(yòng)熱(rè)區(qū)（Hotspot）匹配的(de)原理(lǐ)将這(zhè)些構象對(duì)接到受體的(de)結合口袋當中，其zui大(dà)的(de)優勢在于速度快(kuài)，可(kě)以并行運算(suàn)，适合于進行大(dà)規模虛拟篩選，與DS Catalyst Conformation中的(de)CAESAR等快(kuài)速生成構象的(de)方法結合使用(yòng)更佳。

 

  •  DS LigandScore

采用(yòng)經過驗證的(de)打分(fēn)函數以及特定的(de)描述符，評價受體-配體間的(de)相互作用(yòng)。通(tōng)過對(duì)對(duì)接結果的(de)分(fēn)析，可(kě)幫助用(yòng)戶确定結合模式方面可(kě)能存在的(de)問題，區(qū)分(fēn)正确或錯誤的(de)結合構象，把不同結合構象的(de)配體依次排序以供篩選或合成使用(yòng)。可(kě)自定義參數，可(kě)将所有設置保存并與其他(tā)使用(yòng)者共享。LigandScore在高(gāo)通(tōng)量的(de)虛拟篩選時(shí)也(yě)可(kě)并行計算(suàn)。

 

  •  DS CDOCKER

是基于CHARMm的(de)對(duì)接程序，采用(yòng)soft-core potentials以及optional grid representation将配體分(fēn)子與受體活性位點進行對(duì)接。首先采用(yòng)高(gāo)溫動力學的(de)方法随機搜索小分(fēn)子構象，随後采用(yòng)模拟退火的(de)方法将各個(gè)構象在受體活性位點區(qū)域進行優化(huà)，從而使對(duì)接結果更加準确。Dock Ligands （Pharmacophore Restraints and CHARMm）方法還(hái)可(kě)以在使用(yòng)CHARMm力場(chǎng)進行對(duì)接的(de)過程中考慮藥效團的(de)限制，這(zhè)一功能的(de)實現需要DS CHARMm和(hé)DS Catalyst Score的(de)支持。

 

  •  DS GOLD interface

DS提供了(le)GOLD程序的(de)接口，并提供了(le)設置interaction filter的(de)功能。需要用(yòng)戶有GOLD軟件才能使用(yòng)。

 

基于片段的(de)藥物(wù)設計模塊

  •  DS Ludi

全新藥物(wù)分(fēn)子設計工具。使用(yòng)Ludi來(lái)發現新的(de)具有潛在活性的(de)化(huà)合物(wù)，可(kě)節省研究者大(dà)量的(de)時(shí)間。Ludi強大(dà)的(de)設計工具允許使用(yòng)者在實驗分(fēn)析之前模拟篩選，并允許對(duì)已有的(de)化(huà)合物(wù)進行改造。Ludi易于操作，它包含有drug-like片段庫，同時(shí)也(yě)允許用(yòng)戶将自己的(de)分(fēn)子片段加入到片段庫中。

 

  •  DS De Novo Evolution

在Ludi連接模式基礎上發展而來(lái)的(de)基于受體的(de)小分(fēn)子藥物(wù)從頭設計方法。在給定母核結構的(de)情況下(xià)，DS De Novo Evolution可(kě)以自動地爲研究人(rén)員(yuán)設計潛在的(de)與受體有高(gāo)親和(hé)力的(de)小分(fēn)子化(huà)合物(wù)，大(dà)大(dà)縮短了(le)全新小分(fēn)子藥物(wù)發現及改造的(de)周期。DS De Novo Evolution能夠在一定分(fēn)子骨架的(de)基礎上發現與受體結合位點結構和(hé)化(huà)學特征互補的(de)全新小分(fēn)子，并可(kě)以進行不同層次的(de)優化(huà)，包括分(fēn)子水(shuǐ)平和(hé)片段水(shuǐ)平，是設計Me-Better類藥物(wù)分(fēn)子的(de)有力工具。

 

  •  DS MCSS

基于片段的(de)藥物(wù)設計工具。可(kě)以将多(duō)個(gè)分(fēn)子片段同時(shí)對(duì)接進入蛋白質的(de)結合位點，尋找片段的(de)結合位置區(qū)域，是強有力的(de)全新藥物(wù)設計工具，也(yě)可(kě)以用(yòng)來(lái)表征和(hé)分(fēn)析蛋白質結合位點處的(de)特性。這(zhè)一功能的(de)實現需要DS CHARMm。

 

  •  DS Grow Scaffold

基于藥化(huà)反應生長(cháng)片段工具。能夠選取配體分(fēn)子中某個(gè)原子或者某一個(gè)基團作爲反應位點，選取經典的(de)藥化(huà)反應進行片段生長(cháng)，如：酰胺合成反應、醚合成反應。可(kě)選擇性的(de)采用(yòng)MM-GBMV/SA模型優化(huà)配體分(fēn)子和(hé)/或選取的(de)部分(fēn)蛋白分(fēn)子側鏈。zui後根據蛋白口袋匹配特性枚舉化(huà)合物(wù)并進行帕累托優化(huà)。通(tōng)過這(zhè)種方法設計得(de)到的(de)分(fēn)子更易于實驗合成。

 

  •  DS Replace Fragment

基于電子等排體替換的(de)骨架躍遷工具。可(kě)以在有受體蛋白結構的(de)指導下(xià)進行或者脫離蛋白結構的(de)需要單獨進行。可(kě)選擇性的(de)采用(yòng)MM-GBMV/SA模型優化(huà)配體分(fēn)子和(hé)/或選取的(de)部分(fēn)蛋白分(fēn)子側鏈。也(yě)可(kě)以選擇性的(de)采用(yòng)用(yòng)戶自定義的(de)分(fēn)子描述符以基于結構相似性對(duì)分(fēn)子進行排序和(hé)過濾。zui後根據蛋白口袋匹配特性枚舉化(huà)合物(wù)并進行帕累托優化(huà)。

 

基于藥效團的(de)藥物(wù)發現和(hé)設計模塊

  •  DS Catalyst Conformation

多(duō)樣、完全且快(kuài)速的(de)構象模型生成工具，可(kě)以選擇采用(yòng)Polling或CAESAR算(suàn)法，也(yě)可(kě)采用(yòng)系統搜索或随機方法生成構象，生成的(de)構象可(kě)用(yòng)于産生藥效團模型或進行數據庫搜索。

 

  •  DS Catalyst Hypothesis

對(duì)一組化(huà)合物(wù)進行基于特性結構的(de)比對(duì)并自動生成藥效團模型的(de)工具。這(zhè)些特性結構包括親疏水(shuǐ)性基團、氫鍵給體/受體和(hé)正/負電荷基團等。産生藥效團模型時(shí)如果提供具體的(de)活性數據，可(kě)以産生3D-QSAR藥效團并用(yòng)之來(lái)預測新化(huà)合物(wù)的(de)活性，如果在産生藥效團的(de)過程中考慮排除體積，從而引入受體占有空間位阻的(de)信息，精修後得(de)到的(de)藥效團模型可(kě)以提高(gāo)預測能力；産生藥效團模型時(shí)如果不提供具體的(de)活性數據，可(kě)根據化(huà)合物(wù)和(hé)藥效團疊合、匹配的(de)情況對(duì)候選分(fēn)子或三維數據庫搜尋結果的(de)活性進行定性的(de)評價。對(duì)于已知受體-配體結合模式的(de)晶體結構複合物(wù)，用(yòng)戶可(kě)以基于該複合物(wù)真實的(de)相互作用(yòng)特性直接産生具有選擇性的(de)藥效團模型。

 

  •  DS Catalyst Shape

用(yòng)一個(gè)特定化(huà)合物(wù)的(de)形狀作模闆，确定可(kě)能與此模闆具有相似形狀的(de)化(huà)合物(wù)。該模塊是對(duì)基于化(huà)學特征藥效團搜尋方法的(de)一個(gè)有效補充。

 

  •  DS Catalyst Score

提供了(le)分(fēn)子和(hé)藥效團之間比較、疊合的(de)工具，快(kuài)速地評價或排序實驗得(de)到的(de)或數據庫中的(de)化(huà)合物(wù)。

 

  •  DS Catalyst Structure Based Pharmacophore （SBP）

基于受體結構産生精準的(de)藥效團模型。SBP從受體位點的(de)特性直接得(de)到相互作用(yòng)位點圖，并且将這(zhè)個(gè)信息轉化(huà)成适用(yòng)于快(kuài)速三維數據庫檢索的(de)藥效團模型。這(zhè)些相互作用(yòng)位點圖還(hái)可(kě)以進行編輯、分(fēn)類，以确保隻有zui重要的(de)信息會被保留下(xià)來(lái)用(yòng)于虛拟篩選。同時(shí)SBP中還(hái)可(kě)考慮受體活性位點處氨基酸殘基的(de)空間排布，使得(de)通(tōng)過虛拟篩選得(de)到的(de)分(fēn)子不僅滿足和(hé)受體結合位點化(huà)學特征上的(de)互補，還(hái)可(kě)以在空間上很好地結合在活性位點空腔處。SBP引入了(le)那些使用(yòng)受體結構信息的(de)方法，這(zhè)些方法已經在高(gāo)通(tōng)量篩選的(de)實驗環境中所使用(yòng)。使用(yòng)Catalyst SBP模塊，用(yòng)戶可(kě)以方便地構建屬于自己的(de)藥效團數據庫。

 

  •  DS Catalyst DB Build

建立及管理(lǐ)化(huà)合物(wù)的(de)三維結構數據庫，與DS Catylyst DB Search可(kě)配合使用(yòng)，用(yòng)于基于藥效團模型的(de)化(huà)合物(wù)數據庫虛拟篩選。

 

  •  DS Catalyst DB Search

基于藥效團進行數據庫搜索的(de)工具，可(kě)以幫助科研人(rén)員(yuán)查找到可(kě)能的(de)先導化(huà)合物(wù)。這(zhè)些可(kě)檢索的(de)藥效團中包含了(le)結合特征、形狀以及特性約束等信息，将這(zhè)樣的(de)藥效團作爲一個(gè)數據庫的(de)檢索條件，在包含了(le)成千上萬分(fēn)子結構的(de)商業或内部數據庫中進行查詢。DS Catalyst DB Search在檢索時(shí)還(hái)考慮了(le)分(fēn)子三維結構的(de)柔性。

 

  •  DS De Novo Ligand Builder

藥效團引導的(de)全新配體構建工具。它采用(yòng)一種新穎而獨特的(de)基于片段的(de)藥物(wù)設計方法（FBDD），片段放置的(de)位置受藥效團支配。這(zhè)樣産生的(de)化(huà)合物(wù)不僅與蛋白活性位點互補，而且化(huà)合物(wù)之間的(de)互補性有利于産生新的(de)先導化(huà)合物(wù)。這(zhè)個(gè)有力的(de)工具能用(yòng)于迅速産生許多(duō)包含與特定靶标結合必需特征的(de)化(huà)合物(wù)。

 

  •  PCDB （PharmaCoreDB）

PCDB是由北(běi)京大(dà)學聯合上海藥物(wù)所、創騰科技有限公司和(hé)中國醫學科學院藥物(wù)所、四川大(dà)學及華東理(lǐ)工大(dà)學，共同推出的(de)一個(gè)具有自主知識産權的(de)，面向生命科學和(hé)藥物(wù)研發領域的(de)藥效團數據庫（該數據庫的(de)研發得(de)到了(le)國家863課題的(de)資助）。PCDB 2.0提供了(le)超過2300個(gè)基于靶标結構或活性小分(fēn)子的(de)藥效團，并按照(zhào)靶标類型、蛋白來(lái)源、相關疾病、治療領域、生化(huà)類型等方面進行了(le)分(fēn)類，其中的(de)大(dà)多(duō)數藥效團都經過檢查并根據需要進行手工修正，具有很高(gāo)的(de)可(kě)靠性。相關研究結果表明(míng)該藥效團數據庫可(kě)以很好地應用(yòng)于活性分(fēn)子的(de)篩選、多(duō)靶标多(duō)配體結合研究、中藥多(duō)組分(fēn)協同作用(yòng)機理(lǐ)研究等藥物(wù)研究的(de)熱(rè)點領域，同時(shí)在發現現有藥物(wù)的(de)新用(yòng)途方面也(yě)有很好的(de)應用(yòng)前景。

 

  •  PharmaDB

藥效團數據庫，包含基于scPDB（2012）中7028個(gè)複合物(wù)晶體結構構建的(de)117423個(gè)藥效團模型，并根據不同的(de)靶标類型進行了(le)分(fēn)類，是目前市場(chǎng)上zui大(dà)的(de)受體-配體複合物(wù)藥效團數據庫。結合PharmaDB，Discovery Studio可(kě)以快(kuài)速有效地進行反向找靶、中草(cǎo)藥有效成分(fēn)的(de)确定以及化(huà)合物(wù)毒副作用(yòng)評價。

 

基于小分(fēn)子的(de)藥物(wù)發現和(hé)設計模塊

  •  DS QSAR，DS QSAR+

定量構效關系研究工具。可(kě)以計算(suàn)接近千種與生物(wù)活性或ADME/T性質相關的(de)描述符，包括分(fēn)子拓撲描述符、分(fēn)子指紋在内的(de)一系列基本性質。同時(shí)可(kě)以調用(yòng)半經驗量子力學程序VAMP計算(suàn)與電子相關的(de)描述符。還(hái)提供了(le)多(duō)種統計工具，如Bayesian模型、多(duō)元線性回歸、偏zui小二乘法等，用(yòng)于對(duì)各種複雜(zá)數據進行建模和(hé)數據挖掘。

 

  •  DS MMP

能夠利用(yòng)以前的(de)實驗數據快(kuài)速獲取活性懸崖（activity cliff），用(yòng)來(lái)理(lǐ)解結構已知的(de)化(huà)合物(wù)相關基團之間性質差異，從而設計結構新穎的(de)化(huà)合物(wù)。

 

  •  DS DMOL3 Descriptor

使用(yòng)基于泛函密度理(lǐ)論的(de)量子力學程序DMOL3計算(suàn)分(fēn)子中與電子相關的(de)描述符。

 

  •  DS Library Design

大(dà)規模組合化(huà)學庫的(de)構建和(hé)分(fēn)析工具。Library Design模塊提供了(le)一整套專爲化(huà)學庫設計而定制的(de)分(fēn)子相似性和(hé)多(duō)樣性聚類分(fēn)析方法。用(yòng)戶可(kě)以快(kuài)速地構建各種組合化(huà)學庫，應用(yòng)強大(dà)的(de)統計學分(fēn)析和(hé)顯示工具對(duì)組合化(huà)學庫的(de)各種性質進行分(fēn)析和(hé)比較，在化(huà)學庫設計過程中使用(yòng)Pareto優化(huà)方法優化(huà)多(duō)種性質等，以達到用(yòng)戶按實際需要對(duì)化(huà)合物(wù)庫進行整理(lǐ)和(hé)改造的(de)目的(de)。

 

  •  DS ADMET & TOPKAT Toxicity Bundle

提供了(le)從化(huà)學結構預測吸收、分(fēn)布、代謝、排洩（ADME）和(hé)毒理(lǐ)性質的(de)工具。優化(huà)ADME/T性質在藥物(wù)研發過程中是非常關鍵的(de)，因爲據統計超過80%的(de)新化(huà)學實體在新藥研究的(de)後期被淘汰。初步估計這(zhè)些失敗的(de)原因有一半是由于ADME/T性質不符合要求。ADMET模塊提供了(le)計算(suàn)ADME/T預測值的(de)工具，能夠在藥物(wù)發現的(de)早期階段就對(duì)可(kě)能有問題的(de)新化(huà)學實體進行預測。運用(yòng)這(zhè)些模塊将顯著地降低藥物(wù)發現的(de)費用(yòng)，同時(shí)節省了(le)成功候選藥物(wù)發展和(hé)評估的(de)時(shí)間。DS ADMET現在包含了(le)血漿蛋白結合、肝毒性、人(rén)細胞色素P450 2D6酶結合、被動的(de)腸内吸收性、血腦(nǎo)屏障穿透性、25合下(xià)的(de)水(shuǐ)溶性等6個(gè)模型。建立這(zhè)些模型的(de)數據來(lái)源于大(dà)量文獻報道和(hé)實驗的(de)數據，同時(shí)這(zhè)些模型都得(de)到了(le)廣泛的(de)驗證。它們可(kě)以用(yòng)來(lái)分(fēn)析和(hé)設計虛拟組合庫，也(yě)可(kě)以用(yòng)來(lái)分(fēn)析單個(gè)分(fēn)子。TOPKAT模塊提供了(le)化(huà)合物(wù)毒理(lǐ)性質預測工具。通(tōng)過化(huà)合物(wù)的(de)二維結構信息構建高(gāo)質量的(de)QSTR（定量結構-毒性關系）模型，并對(duì)各類有機化(huà)合物(wù)的(de)諸如急性毒性、慢(màn)性毒性、誘變性、再生性等毒理(lǐ)性質進行預測，同時(shí)還(hái)可(kě)以考慮化(huà)合物(wù)對(duì)環境毒性的(de)影(yǐng)響，大(dà)大(dà)節省實驗的(de)時(shí)間和(hé)投入。DS TOPKAT的(de)技術——“預測空間”評估驗證技術（OPS ——Optimum Prediction Space），以及高(gāo)效的(de)批處理(lǐ)預測能力，使得(de)它可(kě)以對(duì)大(dà)批量的(de)有機化(huà)合物(wù)的(de)毒理(lǐ)性質進行快(kuài)速而準确的(de)預測，滿足各類企業和(hé)研究機構對(duì)化(huà)合物(wù)進行毒理(lǐ)研究的(de)需求。目前，DS中所有TOPKAT毒性模型均以QMRF格式提交至歐洲委員(yuán)會聯合研究中心，遵循QSAR模型驗證的(de)OECD原則，保障了(le)其規範性和(hé)可(kě)靠性。研究者也(yě)可(kě)以将自己的(de)毒性數據與已有的(de)毒性數據進行整合，構建新的(de)TOPKAT毒性模型。

 

生物(wù)大(dà)分(fēn)子X-ray晶體結構解析模塊

  •  DS X-RAY

X-ray科學功能模塊爲從事X射線晶體學家和(hé)基于結構的(de)藥物(wù)設計科學家提供了(le)從X射線晶體學實驗數據到結構構建和(hé)精修的(de)全套工具和(hé)工作流程。基于成熟的(de)CNX軟件包和(hé)DS的(de)流程搭建平台，可(kě)以很方便地通(tōng)過工具面闆、工作流程、命令行等多(duō)種方式實現結構的(de)檢測和(hé)精修，包括産生電子密度圖、去除水(shuǐ)分(fēn)子、驗證配體的(de)位置和(hé)相互作用(yòng)等操作。此外，還(hái)可(kě)以進行蛋白-配體複合物(wù)結構的(de)高(gāo)通(tōng)量預測計算(suàn)。通(tōng)過配體在蛋白中的(de)放置、結構優化(huà)、溶劑化(huà)等一系列自動流程化(huà)的(de)運作來(lái)實現蛋白-配體複合物(wù)結構的(de)高(gāo)通(tōng)量計算(suàn)。