ChimeraX + ColabFold 轻松预测蛋白质结构

你是否还在为复杂的蛋白质结构预测和可视化过程而烦恼？还在花费大量时间等待结果？现在，UCSF ChimeraX 软件与 ColabFold 的完美结合将彻底改变你的研究方式！只需简单的几步操作，就能快速预测蛋白质结构，并将其直观地呈现在你眼前。

UCSF ChimeraX 是一款功能强大的分子结构可视化和分析软件，而 ColabFold 则是基于 AlphaFold 的优化版本，能够在几十分钟内完成蛋白质结构预测，速度远超传统方法。更令人惊喜的是，UCSF ChimeraX 已经集成了 ColabFold，让你无需离开软件界面就能轻松使用它。

本文将带你深入了解 UCSF ChimeraX 和 ColabFold 的强大功能，揭示一些隐藏的技巧，助你快速掌握蛋白质结构预测和可视化的秘诀。

导读

1. 蛋白质结构预测的重要性及其在生物医学领域的应用

蛋白质是生命的基本组成部分，其三维结构决定了其功能。预测蛋白质结构对于理解蛋白质功能、设计新药和开发新的生物技术至关重要。

2. AlphaFold 的突破与 ColabFold 的易用性

近年来，AlphaFold 在蛋白质结构预测领域取得了突破性进展，能够以高精度预测蛋白质结构。ColabFold 则是基于 AlphaFold 开发的，使用 Google Colab 平台的易用工具，让更多研究人员能够方便地进行蛋白质结构预测。

UCSF ChimeraX 和 ColabFold 简介

UCSF ChimeraX：新一代分子可视化和分析软件

a. ChimeraX 的发展历程和主要功能介绍

UCSF ChimeraX 是由加州大学旧金山分校 (UCSF) 的生物计算、可视化和信息学资源中心 (RBVI) 开发的下一代交互式可视化程序，是 UCSF Chimera 的继任者。

ChimeraX 的发展历程可以追溯到 2007 年发布的 UCSF Chimera。Chimera 是一款用于交互式可视化和分析分子结构及相关数据的可扩展程序，可以处理密度图、超分子组装、序列比对、对接结果、轨迹、构象集合等。

2018 年，UCSF ChimeraX 正式发布，作为 Chimera 的下一代软件，旨在应对最先进的实验技术带来的数据规模、范围和异质性挑战。

ChimeraX 的主要功能包括：

• 分子结构、密度图、3D 显微镜图像和相关数据的可视化和分析。
• 高品质渲染，包括交互式环境光遮蔽和可靠的分子表面计算等高级选项。
• 易用性改进，例如带图标的工具栏、基本“撤消”功能以及更逻辑化和一致的命令。
• 可扩展性，允许研究人员贡献新的工具和功能，并通过应用商店进行分发。

b. ChimeraX 的优势：高性能、易用性和可扩展性

ChimeraX 相较于其前身 Chimera 具有以下优势：

• 高性能： ChimeraX 在性能和图形方面有了显著提升，能够处理更大、更复杂的数据集。
• 易用性： ChimeraX 的用户界面更加友好，并提供了一系列易于使用的工具和功能，例如带图标的工具栏、基本“撤消”功能以及更逻辑化和一致的命令。
• 可扩展性： ChimeraX 具有高度可扩展性，允许研究人员贡献新的工具和功能，并通过应用商店进行分发。

ColabFold: 基于 Google Colab 的 AlphaFold 优化版本

a. ColabFold 的工作原理和优势：加速编译时间，提高预测效率

ColabFold 是 AlphaFold 的优化版本，可以在 Google Colab 上运行。它利用 Google Colab 提供的免费 GPU 资源来加速蛋白质结构预测过程。ColabFold 的主要优势包括：

• 加速编译时间： ColabFold 将 AlphaFold 的编译时间从大约 4.5 分钟缩短到大约 30 秒。
• 提高预测效率： ColabFold 使用最新的优化 AlphaFold 实现，可以更快地预测蛋白质结构。

b. ColabFold 的易用性：只需 Google 账户即可轻松使用

ColabFold 的一大优势是其易用性。用户只需要一个 Google 帐户即可轻松使用 ColabFold。无需安装任何软件或配置任何环境。

ChimeraX 现在可以使用名为 #ColabFold 的 #AlphaFold 优化版本在几十分钟内预测蛋白质复合物，而不是像以前那样需要数小时。该功能在 ChimeraX 1.4、1.3 和每日构建版本中可用。https://t.co/mkoxQodeGe pic.twitter.com/kVaLTWpB8Q^[1]

— ChimeraX (@UCSFChimeraX) ^[2]

在 UCSF ChimeraX 内使用 ColabFold 进行蛋白质结构预测的步骤

1. 下载和安装 UCSF ChimeraX

a. 选择合适的版本：稳定版或每日构建版

b. 根据操作系统选择对应的安装包

c. 安装步骤和注意事项

访问 https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/^[3] 下载 UCSF ChimeraX。

选择左侧菜单中的「Download」。

Download UCSF ChimeraX^[4]

页面提供了每日构建版和稳定版。如需使用最新功能，请选择每日构建版，但请注意该版本可能存在不稳定性。Mac 用户可以选择 macOS 10.14（64-bit）和 M1 版本。Linux 用户可以选择 Ubuntu 22.04、20.04、Red Hat 和 Generic 版本。Windows 用户可以选择 Win10 版本。

下载 .dmg 文件并完成安装后，启动 UCSF ChimeraX。

2. 启动 UCSF ChimeraX 并访问 AlphaFold 功能

a. 打开「工具」菜单，选择「结构预测」>「AlphaFold」

b. 了解 AlphaFold 面板的功能和选项

选择 Tools > Structure Prediction > AlphaFold 。

此时会在右下角出现一个面板。

3. 输入蛋白质序列并进行结构预测

a. 在面板中粘贴蛋白质序列，支持多序列输入

b. 点击「预测」按钮，启动 ColabFold

c. 登录 Google 账户并授权 ColabFold 运行

在窗口中粘贴蛋白质序列。

（如上图所示，可以使用逗号分隔多个序列输入，更多详细信息请参阅右下角的帮助）。

点击下方的 Predict 按钮，将出现 ColabFold 窗口。首次使用时，系统会要求您登录 Google 帐户。点击 Run anyway 开始预测。

由于 ColabFold 的速度得到了大幅提升（参见上文推文），如果蛋白质较短，计算过程大约需要 10 分钟（具体时间取决于帐户类型）。

4. 预测结果的可视化和分析

a. ColabFold 预测完成后，结构将自动加载到 ChimeraX 中

b. 利用 ChimeraX 的可视化工具观察和分析蛋白质结构

c. 保存预测结果数据和图像

作业完成后，预测的结构将直接在 UCSF ChimeraX 中可视化。

将面板移动到主窗口上方可以将其嵌入窗口中。我们将 ColabFold 面板嵌入到右侧。

默认情况下，预测结果数据将保存到 ~/Download/ChimeraX/AlphaFold （推文^[5]）。在下图中，由于运行了两次，因此可以看到两个预测结果文件夹。

UCSF ChimeraX 的功能在 YouTube 视频中有详细介绍，建议观看。

UCSF ChimeraX

https://www.youtube.com/channel/UCshah80g49e6wMd3wIojAUw^[6]

总结

UCSF ChimeraX 是一款功能强大的分子可视化和分析软件，其最新更新更是整合了 ColabFold，让您能够直接在程序内进行 AlphaFold 蛋白质结构预测。这项结合了便捷性和高效性的功能，让蛋白质结构预测变得前所未有的简单。只需拥有一个谷歌账户，即可轻松使用 ColabFold，并在 ChimeraX 中直观地查看预测结果。

ColabFold 的高速化也大大缩短了预测时间，即使是较短的蛋白质也能在十分钟左右完成预测。UCSF ChimeraX 为研究人员提供了一个无缝衔接的工作流程，将结构预测和可视化分析完美结合，为蛋白质研究打开了新的可能性。

您是否尝试过在 UCSF ChimeraX 中使用 ColabFold 进行蛋白质结构预测？欢迎在评论区分享您的经验和见解！

附加资料和相关网站

1. X: Structure visualization for researchers, educators, and developers

   Eric F Pettersen, Thomas D Goddard, Conrad C Huang, Elaine C Meng, Gregory S Couch, Tristan I Croll, John H Morris, Thomas E Ferrin

   Protein Sci. 2021 Jan;30(1):70-82

2. UCSF ChimeraX: Meeting modern challenges in visualization and analysis

   Thomas D Goddard, Conrad C Huang, Elaine C Meng, Eric F Pettersen, Gregory S Couch, John H Morris, Thomas E Ferrin

   Protein Sci. 2018 Jan;27(1):14-25

3. Visualizing density maps with UCSF Chimera

   Thomas D Goddard, Conrad C Huang, Thomas E Ferrin

   J Struct Biol. 2007 Jan;157(1):281-7

4. ColabFold: making protein folding accessible to all

   Milot Mirdita, Konstantin Schütze, Yoshitaka Moriwaki, Lim Heo, Sergey Ovchinnikov & Martin Steinegger

   Nature Methods volume 19, pages 679–682 (2022)

相关网站链接：

• UCSF ChimeraX 下载页面：https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/^[7]
• ColabFold 网页：https://colab.research.google.com/github/sokrypton/ColabFold/blob/main/AlphaFold2.ipynb^[8]
• UCSF ChimeraX YouTube 频道：https://www.youtube.com/channel/UCshah80g49e6wMd3wIojAUw^[9]

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参考资料

[1]

pic.twitter.com/kVaLTWpB8Q: https://t.co/kVaLTWpB8Q

[2]

[2022 年 7 月 18 日: https://twitter.com/UCSFChimeraX/status/1549069503513866240?ref_src=twsrc^tfw

[3]

https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/: https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/

[4]

Download UCSF ChimeraX: https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/download.html

[5]

推文: https://twitter.com/UCSFChimeraX/status/1471668864081534976

[6]

https://www.youtube.com/channel/UCshah80g49e6wMd3wIojAUw: https://www.youtube.com/channel/UCshah80g49e6wMd3wIojAUw

[7]

https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/: https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/

[8]

https://colab.research.google.com/github/sokrypton/ColabFold/blob/main/AlphaFold2.ipynb: https://colab.research.google.com/github/sokrypton/ColabFold/blob/main/AlphaFold2.ipynb

[9]

https://www.youtube.com/channel/UCshah80g49e6wMd3wIojAUw: https://www.youtube.com/channel/UCshah80g49e6wMd3wIojAUw