Que programas gratuitos posso usar em Química Computacional?
Uma das maiores dificuldades de alunos que querem começar um trabalho que usa técnicas computacionais em química é saber que programa usar. Todo mundo que está iniciando passa por isso. Para piorar, muitos dos softwares usados são pagos e mesmo licenças acadêmicas são caras. Por conta disso, resolvi preparar essa publicação com alguns dos programas gratuitos que eu já utilizei ao longo da minha carreira.
Dinâmica Molecular
GROMACS [1] é um dos software mais utilizados no mundo científico para simulação de proteínas e pequenas moléculas orgânicas. A vantagem do GROMACS é a sua acessibilidade: os arquivos de input são extremamente fáceis de se entender (human-readable) e você sabe exatamente onde fazer alterações se precisar. O GROMACS também tem muitas funcionalidades, entre as quais as que eu acho mais interessantes são a capacidade de se fazer simulações QM/MM juntamente a pacotes de Química Quântica e a capacidade de fazer cálculos de energia livre de uma maneira muito simples.
OpenMM [2] é outro software gratuito,vque atua como se fosse um pacote a ser importado em Python: você monta o script com os passos da dinâmica molecular que você quer fazer. OpenMM é escrito em C++ mas foi ‘envelopado’ em Python (acredito que apenas em Python 3 atualmente, uma vez que Python 2 está caindo em desuso). OpenMM é flexível, aceita inputs de diversos software de dinâmica molecular — GROMACS, AMBER, por exemplo — e também é bastante intuitivo. Entender um pouco de programação orientada a objetos ajuda bastante no uso do pacote.
Para auxiliar montar e analisar as simulações, há o ParmEd,[3] um pacote que ajuda a converter diversos formatos de arquivos, e o MDTraj,[4] que analisa trajetórias de dinâmica molecular. Visualização de trajetórias pode ser feito com o VMD[5] e o Chimera [6].
Docking e Quimioinformática
DOCK6 [7] é um software especializado em ancoramento entre receptores e ligantes (protein-ligand docking). Infelizmente não tem o código aberto, pode ser usado gratuitamente por acadêmicos. É uma ramificação do DOCK3 (UCSF) mantida e desenvolvida pelo grupo do professor Robert Rizzo (Stony Brook University). Eu atualmente trabalho na equipe de desenvolvimento deste programa. Os arquivos de entrada são arquivos de texto especificando o que você deseja que DOCK faça — virtual screening, design de novo, design via algoritmo genético, filtro de banco de dados — e exige estruturas moleculares em arquivos MOL2. É um programa bastante versátil e com aplicações muito interessantes.
Outros programas úteis em Química Computacional são os pacotes RDKit[8] e OpenBabel[9] que, assim como o OpenMM, são desenvolvidos em C++, mas possuem interfaces em Python que podem ser usadas facilmente em scripts criados pelo usuário. Ambos podem ser usados para ler as estruturas moleculares a partir de arquivos PDB, SDF, MOL, MOL2 e, além de serem capazes de converterem formatos, podem interpretar e criar estruturas tridimensionais para SMILES strings.
Química Quântica
Assim como o OpenMM, Psi4 [10] é tem uma interface em Python que permite o usuário escrever um script que faça as suas simulações em Química Quântica. A parte numérica — o processo auto-consistente do cálculo quântico — é feito em métodos e funções escritas em linguagens de nível mais próximo ao da máquina, e por isso Psi4 é relativamente rápida. É um programa gratuito, com bastantes funcionalidades e simples de usar: a estrutura dos arquivos de entrada é tão simples que você pode preparar os seus com facilidade a partir de estruturas em diversos formatos.
Para entender mais e fazer modelagem molecular com software gratuito e/ou de código aberto, eu recomendo ler o seguinte artigo: Open Source Molecular Modeling.
Sobre os softwares: