pdb2reaction ドキュメント¶

pdb2reaction は、機械学習原子間ポテンシャル (MLIP) を使用して、PDB 構造から酵素反応経路を自動モデリングする Python 製 CLI ツールキットです。

目的別ガイド¶

目的	推奨コマンド	ガイド
PDB から反応経路探索を一通り実行	`pdb2reaction all`	all.md
タンパク質-リガンド複合体からQM領域を抽出	`pdb2reaction extract`	extract.md
単一構造を最適化	`pdb2reaction opt`	opt.md
遷移状態を探索・最適化	`pdb2reaction tsopt`	tsopt.md
最小エネルギー経路を探索	`pdb2reaction path-search`	path_search.md
遷移状態からIRCを実行	`pdb2reaction irc`	irc.md
エネルギープロファイルを可視化	`pdb2reaction trj2fig`	trj2fig.md
数値から状態エネルギーダイアグラムを描画	`pdb2reaction energy-diagram`	energy-diagram.md
全体像（概念・用語）を把握したい	—	概念とワークフロー
よくあるエラーを解決したい	—	トラブルシューティング
略語や用語を調べる	—	用語集

ドキュメント案内¶

はじめに¶

はじめに - インストール、クイックスタート、概要
概念とワークフロー - ポケット、テンプレート、セグメント、各ステージの全体像
CLI 規約 - ブール値オプション、セレクタ、電荷指定などの共通規約
トラブルシューティング - よくあるエラーと対処法
システム要件 - 必要なハードウェア・ソフトウェア

メインワークフロー¶

all - エンドツーエンドワークフロー: 抽出 → スキャン → MEP 探索 → TS 最適化 → IRC → 熱化学 → DFT

CLI サブコマンド¶

構造準備¶

サブコマンド	説明
`extract`	タンパク質-リガンド複合体から活性部位ポケット（クラスターモデル）を抽出
`add-elem-info`	PDB の元素カラム（77-78）を修復

構造最適化¶

サブコマンド	説明
`opt`	単一構造の構造最適化（L-BFGS / RFO）
`tsopt`	遷移状態最適化（Dimer / RS-I-RFO）

経路探索・最適化¶

サブコマンド	説明
`path-opt`	GSM または DMF による MEP 最適化
`path-search`	自動精密化を伴う再帰的 MEP 探索

スキャン¶

サブコマンド	説明
`scan`	拘束付き 1D 結合長スキャン
`scan2d`	2D 距離グリッドスキャン
`scan3d`	3D 距離グリッドスキャン

解析・後処理¶

サブコマンド	説明
`irc`	固有反応座標（IRC）計算
`freq`	振動数解析と熱化学
`dft`	DFT 一点計算（GPU4PySCF / PySCF）
`trj2fig`	XYZ軌跡からエネルギープロファイルをプロット
`energy-diagram`	数値入力から状態エネルギーダイアグラムを作成

設定・リファレンス¶

YAML リファレンス - 全サブコマンドの YAML 設定オプション
UMA 計算機 - UMA 機械学習ポテンシャル設定
用語集 - 略語と技術用語の定義

システム要件¶

ハードウェア¶

OS: Linux（Ubuntu 20.04+、CentOS 8+で動作確認）
GPU: CUDA 12.x 互換
VRAM: 最小8 GB（1000原子以上には16 GB以上推奨）
RAM: 16 GB以上推奨

ソフトウェア¶

Python 3.11
CUDA サポート付き PyTorch
CUDA 12.x ツールキット

実行例¶

基本的な MEP 探索¶

pdb2reaction -i R.pdb P.pdb -c 'SAM,GPP' --ligand-charge 'SAM:1,GPP:-3'

TS 最適化を含む完全ワークフロー¶

pdb2reaction -i R.pdb P.pdb -c 'SAM,GPP' --ligand-charge 'SAM:1,GPP:-3' \
    --tsopt True --thermo True --dft True

単一構造スキャンモード¶

pdb2reaction -i R.pdb -c 'SAM,GPP' --ligand-charge 'SAM:1,GPP:-3' \
    --scan-lists '[("TYR,285,CA","MMT,309,C10",2.20)]'

TS 最適化のみ¶

pdb2reaction -i TS_candidate.pdb -c 'SAM,GPP' --ligand-charge 'SAM:1,GPP:-3' \
    --tsopt True

重要な概念¶

電荷とスピン¶

未知残基の電荷を指定するには --ligand-charge を使用: 'SAM:1,GPP:-3'
総電荷を上書きするには -q/--charge を使用
スピン多重度は -m/--mult（all コマンド）または -m/--multiplicity（他のサブコマンド）で設定（デフォルト: 1）

ブール値オプション¶

すべてのブール値 CLI オプションは明示的に True または False を指定する必要があります:

--tsopt True --thermo True --dft False

YAML 設定¶

高度な設定は --args-yaml で指定できます。

pdb2reaction all -i R.pdb P.pdb -c 'LIG' --args-yaml config.yaml

すべてのオプションについては YAML リファレンスを参照してください。

出力構造¶

典型的な pdb2reaction all の出力:

result_all/
├── summary.log              # テキスト形式の結果要約
├── summary.yaml             # YAML 形式の結果要約
├── pockets/                 # 抽出されたクラスターモデル
├── scan/                    # （オプション）スキャン結果
├── path_search/             # MEP軌跡とダイアグラム
│   ├── mep.trj              # MEP軌跡
│   ├── mep.pdb              # PDB形式のMEP
│   ├── mep_w_ref.pdb        # 全系とマージされたMEP
│   ├── mep_plot.png         # エネルギープロファイルプロット
│   └── seg_*/               # セグメントごとの詳細
└── path_search/post_seg_*/  # 後処理出力
    ├── tsopt/               # TS最適化結果
    ├── irc/                 # IRC軌跡
    ├── freq/                # 振動モード
    └── dft/                 # DFT結果

引用¶

pdb2reaction を説明するプレプリントを準備中です。引用情報については後日ご確認ください。

ライセンス¶

pdb2reaction は Pysisyphus から派生した GNU General Public License version 3 (GPL-3.0) の下で配布されています。

参考文献¶

Wood, B. M. et al. (2025). UMA: A Family of Universal Models for Atoms. arXiv:2506.23971
Steinmetzer, J., Kupfer, S., & Gräfe, S. (2021). pysisyphus: Exploring potential energy surfaces in ground and excited states. Int. J. Quantum Chem., 121(3). DOI:10.1002/qua.26390

ヘルプ¶

# 一般的なヘルプ
pdb2reaction --help

# コマンドのヘルプ
pdb2reaction <command> --help

問題や機能リクエストについては、GitHubリポジトリをご覧ください。