一款基于MindSpore开发的模块化、高通量、端到端可微的下一代智能分子模拟程序库

# 猴痘病毒蛋白的松弛 给定一个蛋白质分子，可以是预测的结果也可以是真实的结构，由于此时很大可能不是处于一个稳定态， 因此如果直接执行分子动力学模拟算法，步长稍大就有可能导致梯度爆炸的问题， 也就无法继续正常的执行分子动力学模拟。因此对蛋白质分子的前处理是必须的， 一般在执行分子动力学模拟之前，我们都需要对蛋白质分子执行能量最小化过程，也就是蛋白质松弛。 而MindSponge是基于MindSpore深度学习框架来实现的下一代分子动力学模拟平台， 正是得益于框架的兼容性（如下图所示），我们不仅可以用MindSponge来执行分子动力学模拟的任务， 还可以直接调用MindSpore原生的优化器来对蛋白质实现能量最小化的操作。  ## 案例背景 这里为了演示MindSponge中蛋白质松弛的功能，我们选取了近期引起广泛关注的猴痘病毒中的一个蛋白片段`Q3I8S7`作为示例。 猴痘是一种病毒性人畜共患病（一种从动物传播给人类的病毒），其症状与过去在天花患者中看到的症状非常相似，但在临床上不那么严重。 人间猴痘首次发现于1970年刚果民主共和国的一名9岁男童身上，但它不仅仅影响着非洲国家，还影响世界其他地区。 根据最新的数据显示，猴痘已经蔓延全球75个国家和地区，累计向世界卫生组织报告了超1.6万病例。 其中美国、西班牙、英国和法国所报告的猴痘病例，均超过了1000例。以下是世界卫生组织已经公布的关于猴痘的一些重要事实： - 猴痘是由猴痘病毒引起的，该病毒是痘病毒科正痘病毒属的一种。 - 猴痘是一种病毒性人畜共患病，主要发生在中非和西非的热带雨林地区，偶尔输出到其它地区。 - 猴痘在临床上的典型表现为发热、皮疹和淋巴结肿大，并可能导致一系列并发症。 - 猴痘通常是一种自限性疾病，症状持续2至4周。可能会发生严重病例。近年来，病死率约为3-6%。 - 猴痘病毒通过与受感染的人或动物密切接触，或与被病毒污染的物体接触而传播给人类。 - 猴痘病毒通过密切接触皮肤损伤、体液、呼吸道飞沫和被褥等受污染物体在人与人之间传播。 - 猴痘的临床表现类似于天花，后者是一种相关的正痘病毒感染，于1980年在全球范围内宣布被消灭。猴痘的传染性不如天花，引起的疾病也没有那么严重。 - 在消灭天花的规划期间使用的疫苗对猴痘也有保护作用。已经研发出较新的疫苗，其中一种已被批准用于预防猴痘。 - 为治疗天花而开发的一种抗病毒药物也已获得许可用于治疗猴痘。 而猴痘病毒的核心蛋白之一：`A29L`是细胞内成熟病毒表面包膜蛋白，其已知的同源蛋白在病毒和细胞的结合与融合过程中发挥了重大作用。 因此，通过对A29L的分子动力学研究，我们可以进一步了解猴痘病毒与细胞相结合的机理，进而给出阻断方案。 ## A29L蛋白详情 A29L蛋白一共有110个氨基酸组成，以下是具体的序列信息： ``` >tr|Q77HM6|Q77HM6_MONPZ A29L OS=Monkeypox virus (strain Zaire-96-I-16) OX=619591 GN=A29L PE=4 SV=1 MDGTLFPGDDDLAIPATEFFSTKAAKNPETKREAIVKAYGDDNEETLKQRLTNLEKKITNITTKFEQIEKCCKHNDEVLFRLENHAETLRAAMISLAKKIDVQTGRRPYE ``` 我们只需要给定这样的一条序列，就可以使用基于MindSpore的蛋白质预测平台MEGAProtein对其结构进行预测， 得到的结果如下图所示： ## 参考文献 1. https://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/monkeypox