mlmm-toolkit ドキュメント

バージョン: v0.4.0 GitHub ChemRxiv 論文

mlmm-toolkit ワークフロー概要

mlmm-toolkit は、酵素複合体を対象として、機械学習原子間ポテンシャル(MLIP)と分子力学(MM)を ONIOM で結合した ML/MM 法を用いて PDB/mmCIF の構造から反応機構を解析する Python 製 CLI ツールキットです。

初めての方は はじめに からお読みください。

はじめに インストール Google Colabで実行

クイックスタート

反応の前後の構造から反応機構解析を一気通貫で行う

クイックスタート: all の Endpoint モード

1 つの構造から一気通貫で反応機構解析を行う

クイックスタート: all の Scan-list モード

TS 構造から一気通貫で反応機構解析を行う

クイックスタート: TS-only モード

目的

ページ

ML 領域と層を決める・計算を軽くする

ML 領域と層の組み方

反応機構を調べる・TS が取れない

反応機構を調べるコツ

求めた TS 構造を DFT で構造最適化する

MLIP の TS を DFT で確かめる

計算が失敗した

トラブルシューティング

サブコマンド

サブコマンド

説明

all

ML/MM モデルの構築と MEP 探索。TS・IRC・熱化学・DFT は任意

fix-altloc

PDB の代替位置指示子を解決

add-elem-info

PDB の元素列(77–78)を修復

mm-parm

Amber のトポロジー・座標(parm7/rst7)を構築

extract

タンパク質–リガンド複合体から ML 領域を定義

define-layer

ML・可動 MM・固定 MM の層を B-factor で指定

opt

単一構造の構造最適化(L-BFGS または RFO。任意の --flatten で残った虚振動を除く)

scan

拘束付き距離スキャン(複数距離の協奏スキャン・多段階スキャンに対応)

scan2d

2 次元のエネルギー地形の探索・PES マッピング

scan3d

3 次元のエネルギー地形の探索・PES マッピング

path-opt

GSM または DMF による 1 段階の MEP 最適化(2 構造から)

path-search

自動精密化を伴う多段階の再帰的 MEP 探索(2 構造以上)

tsopt

遷移状態最適化(Dimer または RS-P-RFO。任意の --flatten で余分な虚振動を除く)

irc

固有反応座標(IRC: Intrinsic Reaction Coordinate)計算

freq

振動解析と熱化学

dft

DFT 一点計算(GPU4PySCF / PySCF)

sp

ML/MM ONIOM のエネルギー・力。任意で Hessian

bond-summary

連続構造間の共有結合変化を検出・レポート

trj2fig

XYZ 軌跡からエネルギープロファイルをプロット

energy-diagram

数値入力からエネルギーダイアグラムを作成

oniom-export

Gaussian ONIOM または ORCA QM/MM の入力を生成

oniom-import

ONIOM の入力から XYZ・層付き PDB を再構築

設定・参照資料

トピック

ページ

共通オプションと入力要件

共通オプションと残基・原子の指定

原子の固定と距離の拘束(--freeze-atoms・--distance-restraint)

原子の固定と距離の拘束

よくあるエラーと対処

トラブルシューティング

CLI コマンドの一覧(英語のみ、自動生成)

コマンドの一覧(英語のみ)

YAML 設定オプション

YAML 設定の一覧 · YAML の抜粋(英語のみ)

MLIP バックエンド設定

MLIP バックエンド

各コマンドが書き出すファイル

出力ディレクトリのレイアウト

result.json と summary.json の欄

JSON 出力の一覧

GPU・CPU の割り当てと HPC

デバイス設定 & HPC セットアップ

Python から ML/MM 計算機を使う

ML/MM 計算機

AI エージェントから使う

エージェントスキル

コードの構成(開発者向け)

アーキテクチャ

用語

用語集

システム要件

ハードウェア

  • OS: Linux(Windows では WSL2 上の Linux に導入してください)

  • GPU: 使用するバックエンドと PyTorch wheel に対応する NVIDIA ドライバー。CPU のみでも実行可能ですが低速です

  • VRAM / RAM: モデル、系の大きさ、Hessian の計算方式で変わります。代表的な計算で最大使用量を測ってください

ソフトウェア

  • Python >= 3.11

  • CPU 版または CUDA 対応の PyTorch。ビルド済みの wheel は CUDA ランタイムを含むので、手元の CUDA toolkit は通常いりません(ソースからビルドするときだけ必要です)

  • AmberTools(mm-parm が Amber のトポロジーを作るのに使います)

セットアップは インストール を参照してください。

重要な概念

3 つの層(ML・可動 MM・固定 MM)と ONIOM での組み合わせ方は はじめに、ML 領域と層の決め方は ML 領域と層の組み方 を参照してください。

エージェントスキル

mlmm-toolkit は、CLI サブコマンド・構造 I/O・バックエンドインストール・ワークフロー・出力解析・HPC 運用をカバーする AI エージェント向けの手順書を skills/ に同梱しています。導入するときは、AI エージェントに次のように指示してください。

https://github.com/t-0hmura/mlmm_toolkit/tree/main/skills をスキルとして取り込み、mlmm-install の手順に従って mlmm-toolkit をインストールして

GitHub のリポジトリを clone 済みなら、URL の代わりに手元の skills/ の path を渡しても構いません。導入後は、たとえば次のように指示できます。

〈論文〉を読んで、〈PDB ID〉の構造からモデルを作成し、〈反応段階〉の経路について、mlmm-toolkit のスキルを用いて反応機構解析を行ってください。

詳しくは AI エージェント向けスキル を参照してください。

引用

mlmm-toolkit を研究で利用する場合は、ChemRxiv の論文を引用してください:

@article{ohmura2025mlmm,
  author       = {Ohmura, Takuto and Inoue, Sei and Terada, Tohru},
  title        = {ML/MM toolkit -- Towards Accelerated Mechanistic Investigation of Enzymatic Reactions},
  journal      = {ChemRxiv},
  year         = {2025},
  doi          = {10.26434/chemrxiv-2025-jft1k}
}

ソフトウェアまたは特定のリリースを引用する場合は、Zenodo レコードを使用してください:

@software{ohmura2026mlmm_software,
  author       = {Ohmura, Takuto},
  title        = {mlmm-toolkit},
  year         = {2026},
  version      = {0.4.0},
  url          = {https://github.com/t-0hmura/mlmm_toolkit},
  license      = {GPL-3.0-or-later},
  doi          = {10.5281/zenodo.19197863}
}

ライセンス

mlmm-toolkit は GNU General Public License version 3 or later (GPL-3.0-or-later) の下で配布されています。

ヘルプ

# 一般的なヘルプ
mlmm --help

# コマンドのヘルプ
mlmm <subcommand> --help

# 詳細オプション(内部チューニング用)
mlmm <subcommand> --help-advanced

問題や機能リクエストは GitHub Issues に報告してください。