مدل‌سازی مولکولی و استفاده از نرم‌افزار پایمول (PyMOL)

 یکی از روش های مدل سازی ملکولی استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز ملکول ها مانند نرم افزار پایمول (PyMOL) است. مدل‌سازی مولکولی شامل تمام روش‌های نظری و محاسباتی است که برای مدل‌سازی یا تقلید رفتار مولکول‌ها استفاده می‌شود. این روش ها در رشته های مختلف علوم زیستی و زمینه های شیمی محاسباتی، طراحی دارو، زیست شناسی محاسباتی و علم مواد استفاده می شوند. نرم‌افزار پایمول (PyMOL) یک شبیه‌ساز مولکولی است و از سال ۲۰۰۶ به محققان امکان دستکاری و بررسی مولکول‌های زیستی را در فضای کامپیوتری فراهم کرده است تا کار آن‌ها سریع‌تر، ارزان‌تر و با قابلیت پیش‌بینی دنبال شود. ما در این مقاله شما را با نرم افزار پایمول (PyMOL) که یک مدل‌ساز ملکولی است آشنا خواهیم کرد.

تعریف مدل سازی ملکولی

برای مطالعه سیستم های مولکولی از سیستم های شیمیایی کوچک تا مولکول های بیولوژیکی بزرگ و مجموعه های مواد ساده‌ترین محاسبات را می‌توان با دست انجام داد، اما به ناچار کامپیوتر و استفاده از نرم افزارهای مختلف مانند پایمول (PyMOL) برای انجام مدل‌سازی مولکولی هر سیستم با اندازه معقول مورد نیاز هستند. ویژگی مشترک روش های مدل سازی مولکولی، توصیف سطح اتمی سیستم‌های مولکولی است. این ممکن است شامل تلقی اتم‌ها به‌عنوان کوچک‌ترین واحد (رویکرد مکانیک مولکولی)، یا مدل‌سازی صریح پروتون‌ها و نوترون‌ها با کوارک‌ها، ضد کوارک‌ها و گلوئون‌ها و الکترون‌ها با فوتون‌های آن باشد (رویکرد شیمی کوانتومی).

تاریخچه نرم افزار پایمول (PyMOL) در ترسیم مدل های ملکولی

پایمول(PyMOL)  یک سیستم تجسم مولکولی منبع باز اما اختصاصی است که توسط وارن لیفورد دلانو ایجاد شده است. نرم افزار پایمول (PyMOL) در مدل سازی ملکول ها بر اساس زبان برنامه‌نویسی پایتون نوشته شده و به صورت Open‎ Source‎  در دسترس است. قسمت Py از نام نرم افزار پایمول (PyMOL) به این اشاره دارد که برنامه به زبان برنامه نویسی پایتون نوشته شده است. نرم افزار پایمول در ابتدا توسط DeLano Scientific LLC تجاری شد، که یک شرکت نرم افزاری خصوصی بود که به ایجاد ابزارهای مفیدی اختصاص داشت که به طور جهانی برای جوامع علمی و آموزشی قابل دسترسی باشد. در حال حاضر نرم افزار پایمول (PyMOL) برای مدل سازی ملکولی توسط شرودینگر تجاری سازی شده است. از آنجایی که مجوز نرم افزار اصلی پایمول (PyMOL) برای مدل سازی ملکولی یک مجوز مجاز بود، این شرکت توانست نرم افزار پایمول (PyMOL) را حذف کند و نسخه‌های جدید دیگر تحت مجوز پایتون منتشر نمی‌شوند و تحت یک مجوز سفارشی (اعطای حقوق استفاده گسترده، توزیع مجدد) منتشر می شود. پایمول (PyMOL) می تواند تصاویر سه بعدی با کیفیت بالا از مولکول های کوچک و ماکرومولکول های بیولوژیکی مانند پروتئین ها تولید کند. به گفته نویسنده اصلی، تا سال 2009، تقریباً یک چهارم تمام تصاویر منتشر شده از ساختارهای پروتئینی سه بعدی در مقالات علمی با استفاده از PyMOL ساخته شده است.

قابلیت نرم افزار پایمول (PyMOL)

نرم افزار پایمول (PyMOL) قابلیت تهیه تصاویر باکیفیت از مولکول‌ها  و مدل سازی ملکول ها را دارد و به کمک آن می‌توان ویدئوهای جذاب از مولکول‌های مختلف تهیه کرد. از طرفی، ابزارهایی که در نرم افزار پایمول (PyMOL) طراحی شده است، امکان مطالعه و بررسی بسیاری از ویژگی‌های بیوشیمیایی مولکول‌ها که در آزمایش‌ها حائز اهمیت هستند را فراهم می‌کند. نرم افزار PyMOL موضوعاتی در مدل سازی ملکولی که از ریاضیات و زبان‌ها تا طیف کامل علوم مختلف مانند رشته های علوم زیستی را شامل می شود را پوشش می‌دهند. PyMOL The Molecular Graphics Systems یک نرم افزار بدون هزینه است که در لیست نرم افزارهای دیگر که بخشی از برنامه های گرافیکی هستند، فهرست شده است.

کاربرد پایمول (PyMOL) در مدل سازی ملکولی برای رشته های مختلف علوم زیستی

در اصل، PyMOL یک برنامه رندر سه بعدی است که برای مولکول‌ها طراحی شده است و برای افرادی که در این زمینه تحقیقاتی پژوهش می‌کنند، بسیار سودمند است زیرا نه تنها برای ایجاد تصاویر دقیق رندر شده بلکه برای نمایش اطلاعات در فیلم ها نیز طراحی شده است. مشاهده داده ها، به اشتراک گذاری آن ها و سپس تجزیه و تحلیل اطلاعات مولکولی که با استفاده از PyMOL جمع آوری کرده اید آسان است. می‌تواند داده‌هایی با وضوح بالا تولید کنید و با توانایی بزرگ‌نمایی روی داده‌های شما مانعی ندارد. با برنامه نویسی مبتنی بر پایتون، سبک، سریع و بسیار سازگار است. این عملکرد با یک فناوری یکپارچه برای گرافیک با استفاده از ردیابی پرتو ارائه می شود که به مدل های مولکولی شما خطوط مرزی صاف تر، بازتاب های بهتر و سایه ها را ارائه می دهد.

استفاده از پایمول (PyMOL) برای مدل سازی ملکولی در تحقیقات دانشگاهی

برنامه پایمول (PyMOL) با استفاده از پایتون توسعه یافته است. زبان برنامه نویسی پایتون و توسعه یافته به عنوان یک برنامه چند پلتفرمی. PyMOL یک نرم افزار تجسم مولکولی منبع باز است که توسط Warren Lyford DeLano توسعه یافته است. به طور گسترده ای در دسترس جوامع دانشگاهی و علمی است. نرم افزار پایمول (PyMOL) توسط Schrodinger, Inc. توزیع می شود. با وجود بسیاری از قابلیت های پیشرفته اش، می‌توان به راحتی با این نرم‌افزار کار کرد و حتی کسانی که تازه وارد علم مولکولی شده‌اند، می‌توانند پس از چندین ساعت مطالعه، اصول اولیه نرم افزار پایمول (PyMOL) عملکرد آن را درک کنند.

چرا باید از نرم افزار پایمول برای طراحی ملکولی دانشجویان رشته های علوم زیستی استفاده کنند؟

امروزه با فراگیر شدن علوم کامپیوتر در تمام زمینه‌ها و به خصوص بیولوژی که تحت عنوان بیوانفورماتیک نیز شناخته می‌شود، فراگیری نرم‌افزارهایی مانند پایمول (PyMOL) به کاربران زیست‌شناس این امکان را می‌دهد تا برای طراحی هر آزمایشی و یا بررسی هر موضوعی که به مولکول‌ها مربوط می‌شود به جای آنالیزهای پیچیده به صورت دستی، از نرم‌افزار پایمول (PyMOL) بهره‌مند شوند. از طرفی ارائه تصاویر باکیفیت که نرم‌افزار پایمول (PyMOL) تهیه شده‌اند در مقالات علمی از دیگر موارد اهمیت فراگیری این نرم‌افزار است.

خدمات گروه علمی باما زیست در آموزش  نرم افزار پایمول (PyMOL)

آموزش پایمول با معرفی این نرم‌افزار و قابلیت‌‌های آن با رویکرد تعریف پروژه‌‌های آموزشی، به مخاطبان این امکان را می‌دهد که علاوه بر آشنایی با این نرم‌افزار، از امکانات آن به صورت عملی برخوردار شده و در ادامه با روشی که آموزش دیده‌اند، توانایی بررسی و اعمال تغییرات روی هر مولکول دلخواه خود را داشته باشند و بتوانند از آن به صورت ویدئو و عکس، خروجی‌‌های جذاب بگیرند تا در موارد لزوم به جذابیت سخنرانی‌‌های علمی‌ خود بیافزایند.