تجسم مدل مولکولی سه بعدی: 3 میلیون اتم +

در اواخر دهه 80 همانطور که من اینجا را به یاد آوردم[1] تجهیزات مورد نیاز برای تصویربرداری مولکولی بلادرنگ، همانطور که مشخص شد، هنوز گران بود و به سیستم‌های سفارشی مانند ایستگاه‌های کاری Evans و Sutherland PS390 نیاز داشت. موفقیت بزرگی در ایجاد چنین تکنیک هایی به طور کلی در تجهیزات کمتر تخصصی توسط راجر سیل به دست آمد[2]، سپس در حدود سال 1990 در کالج امپریال کار کرد و از یک ایستگاه کاری Silicon Graphics استفاده کرد. او با ایجاد برنامه‌ای به نام RasMol (پس از حروف اول) الگوریتم‌های رندر را تا حد زیادی بهینه‌سازی کرد، که به این معنی بود که چنین تجسمی‌هایی را می‌توان خیلی سریع حتی در رایانه شخصی به دست آورد. حرکت از فناوری نمایش برداری (PS390) به گرافیک شطرنجی/بیت مپ، تصاویر پر فضا را از مولکول‌های حاوی 100 اتم، اگر نه 1000 اتم، فعال کرد – و به نوبه خود شبکه جهانی وب جدید را قادر ساخت تا از این تکنیک استفاده کند.[3]

اگرچه Rasmol هنوز وجود دارد، اما از برنامه های جانشینی مانند Jmol (بر اساس جاوا) و JSMol (بر اساس زبان جاوا اسکریپت تعبیه شده در تمام مرورگرهای وب مدرن) نیز الهام گرفته است. در حال حاضر مقالات زیادی در ادبیات توصیف این برنامه وجود دارد. در سال 2008، اولین پست در این وبلاگ نحوه اجرای آن را در یک نمونه وردپرس توضیح داد[4].

اکنون به نقطه عطف جدیدی در تجسم مولکولی رسیده است – توانایی نمایش 3 میلیون اتم! Bob Hanson به تازگی Jmol/JSmol 16.1.51 را منتشر کرده است که از فرمت فایل BinaryCIF پشتیبانی می کند. نمونه ای از قدرت برنامه و این فرمت جدید با پروتئین 8glv نشان داده شده است[5] که حاوی 3 میلیون اتم است (خود فایل bcif فقط 47.4 مگابایت است).

اسکریپت بارگیری Jmol/JSmol به صورت زیر است:

t = now();    


     set autobond false;


     load =8glv.bcif filter "*.CA";


     spacefill on;


     color chain;


     print now

و رندر واقعی فقط 10-20 ثانیه طول می کشد. از اسکرین شات های زیر می توانید ببینید‡ که وقتی بزرگ می شود واقعا اتم های منفرد را نشان می دهد! چه کسی می داند حد عملی اتم ها چقدر است، اما تقریباً به طور قطع بیش از سه میلیون است! و حتی ممکن است در تلفن همراه امکان پذیر باشد!



				
			



				
			

			

		

‡خوب، می پرسید چرا 8glv را در این صفحه بارگذاری نکردم؟ خب، ابتدا باید JSmol این سایت را آپدیت کنم و به مشکلی برخوردم که باید برطرف شود.

پس نوشته. داریم به اونجا میرسیم در زیر یک اسکرین شات از این پروتئین با استفاده از آیفون 15 و هر یک از مرورگرهای سافاری، فایرفاکس، کروم یا اج از طریق این لینک (حدود 12 ثانیه در آیفون، 30 ثانیه در iMac 2019، ~ 12 ثانیه در M1 Mac Studio) مشاهده می شود. حتی نسبتا نرم می چرخد!

                    
مراجع

H. Rzepa, "Computers 1967-2011: A Personal Perspective. Part 2. 1985-1989."، 2011. https://doi.org/10.59350/g4j62-4xk50

R. Sayle، "RASMOL: گرافیک بیومولکولی برای همه" گرایش های علوم بیوشیمی، جلد 20، ص 374-376، 1995. https://doi.org/10.1016/s0968-0004(00)89080-5

H.S. Rzepa، B.J. Whitaker و M.J. Winter، "کاربردهای شیمیایی سیستم جهانی وب"، مجله انجمن شیمی، ارتباطات شیمیایی، ص 1907، 1994. https://doi.org/10.1039/c39940001907

H. Rzepa، "Jmol and WordPress: Loading 3D Molecular Models, Molecular Isosurfaces, and Molecular Vibrations in a Blog"، 2008. https://doi.org/10.59350/pq7ds-gqr71

تی. والتون و ا. براون، "یک واحد تکرار 96 نانومتری میکروتوبول‌های دوتایی از تاژک‌های کلامیدوموناس رینهاردتی،" 2023 https://doi.org/10.2210/pdb8glv/pdb