CN104573268B - 一种交互可视的药物辅助设计系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互可视的药物辅助设计系统及实现方法。该设计系统包括分子绘制模块、分子格式转换模块、分子显示模块、作业模块、文件解析模块、通信模块、分子相似性筛选模块、客户端激活模块、服务器端用户管理模块以及设置模块。其中，作业模块主要包括用户自定义化合物库和系统提供的web数据库两种模式。服务器端用户管理模块包括用户请求处理模块、证书生成模块、邮件发送模块以及验证模块。本发明以用户绘制分子或打开已有分子或从导入的PDB中获取配体来作为筛选输入分子，并通过用户选择筛选模式进行相应筛选作业，最终将筛选结果通过解析文件并按照排名显示出来。

Description

一种交互可视的药物辅助设计系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种可视化药物辅助设计应用系统，可实现对药物分子的绘制、显示、靶标预测以及对预测结果数据的处理；可实现基于收费机制的软件安全策略。

背景技术

目前，计算机辅助药物设计已成为药物研发的核心技术之一，很多药物软件针对于靶标识别与分子模拟，以及在此基础上建立分子对接应用。但目前针对于靶标预测的应用少之又少，并且没有一种相对比较完整的药物设计框架，研究人员往往使用多款药物设计软件或靶标数据库来对药物靶标进行研究，这给药物研究人员带来一定困难，并且降低了效率。

发明内容

为了克服现有设计软件的不足，本系统提供一套完整型使用框架，该框架不仅可对分子进行模拟、筛选，而且可以进行分子绘制、格式转换以及对结果数据的处理，并使用了基于RSA非对称加密算法的硬件绑定安全策略。具体技术方案如下：

一种交互可视的药物辅助设计系统，所述药物辅助设计系统包括分子绘制模块、分子格式转换模块、本地作业模块、web作业模块、客户端激活模块、通信模块、web数据库以及用户管理模块；

所述本地作业模块包括自定义化合物库和分子相似性筛选模块；

所述分子绘制模块与所述分子相似性筛选模块通过所述分子格式转换模块连接；所述分子相似性筛选模块还与所述web作业模块连接；

所述web作业模块、所述客户端激活模块以及所述通信模块之间两两连接；

所述通信模块、web数据库以及用户管理模块之间两两连接。

所述的药物辅助设计系统，还包括结果文件解析模块和显示模块；所述分子相似性筛选模块和所述web作业模块都将结果传送至所述结果文件解析模块并送至显示模块进行显示。

所述客户端激活模块包括用户注册模块、用户续费或购买模块以及系统验证模块；所述用户管理模块包括请求处理模块、证书生成模块以及包含发送模块和验证模块的邮件系统。

一种交互可视的药物辅助设计实现方法，其设计思路为：用户通过打开过绘制分子，并可选择性对分子进行格式转换和优化，对于验证未通过的用户，系统只允许用户使用自定义化合物库模式进行筛选，对于验证通过用户，系统允许用户选择web数据库。用户的每次筛选成为一次作业，作业按照特定编号记录在系统中，对于历史作业或提交作业，允许用户进行打开作业目录、查看作业结果、删除作业操作。系统针对每种类型作业都有特定显示方案，并通过文件解析模块对相应作业结果进行解析并按排名显示。作业显示的结果，系统允许用户在分子显示模块进行叠加显示，且允许用户选择性导出显示结果。

具体包括如下步骤：

(1)用户通过分子绘制模块打开已有分子或绘制新分子，或从导入的PDB中提出的配体作为提交分子，并通过分子格式转换模块对所述提交分子的格式进行转换或优化，并传送至分子相似性筛选模块；

(2)对于未授权用户，根据步骤(1)中转换或优化后的分子格式，用户定义筛选参数，并通过本地作业模块中的自定义化合物库进行筛选；筛选结束后对所述自定义化合物库生成空间构象，并将所述空间构象作为新的化合物库进行筛选作业；

对于授权用户，登录客户端激活模块并验证后可选择web数据库作为靶标数据库进行筛选；

(3)步骤(1)中转换或优化后的分子格式传送至web作业模块的选择数据库，在结果文件解析模块中将所述选择数据库的分子构象与所述分子相似性筛选模块的分子构象进行解析，并将结果显示在显示模块上；

(4)用户绘制新分子时，选择本地作业模式或网络作业模式将新建分子进行分子格式转换；

当用户选择本地作业模式时，系统在本地进行筛选并将结果解析显示；

当用户选择网络作业模式时，用户从给定数据库中选择某一数据库，并提交给服务器，服务器返回相应的ID号给客户端，计算完成后用户通过ID号下载对应作业并解析结果进行输出显示；

当用户请求为认证请求时，服务器对用户的请求类型进行判断，所述请求类型包括注册、续费/购买和验证，服务器收到用户的请求类型后进行相应处理，并将处理结果返回给用户。

在步骤(1)绘制新分子过程中，利用进程通信技术在三维显示模块中实现同步显示；用户通过输入四位的PDB编码加载PDB，加载成功后下载到本地；系统解析PDB中的蛋白质链与相应的配体，用户可选择对应的配体作为提交分子进行后续作业。

步骤(1)中授权用户选择web数据库后，系统根据服务器处理方案，提供八种数据库的选择，所述八种数据库分为带靶标注释信息的数据库与不带靶标注释信息的数据库两种。

对于不带注释信息的作业，通过解析.list文件获取作业结果并排名显示；对于带靶标注释信息的作业，通过解析XML文件获取作业结果及注释信息并排名显示。

所述不带注释信息的作业和所述带靶标注释信息的作业，最大结果数量为1000个，用户均可通过选中对应结果进行查看并显示，并且系统允许多个分子叠加显示；

对于所述带靶标注释信息的作业，用户通过选中对应结果查看相应注释信息，注释信息包括基因名、蛋白功能、通路以及与基因相关的疾病信息；用户通过注释信息中的超链接查看注释内容的来源以及详细信息。

所述作业结果的显示方法为以表格形式显示包括分子排名、分子名称以及各项指标对应的分数信息；其中，对于各项指标对应的分数，系统允许用户按照从高到低或从低到高进行排序；

系统允许用户将所述作业结果自定义导出，导出方式为全部导出或按照排名区间导出，导出内容为由分子排名、名称以及各项分数组成的excel文件，同时还有对应的分子文件。

当所述客户端激活模块收到用户的购买请求或续费请求时，服务器判断用户是否为合法用户(即验证用户是否符合购买或续费要求)；

当不符合时，返回错误信息到客户端；

当用户为合法用户时，若请求为购买类型，则服务器获取用户注册信息以及系统安装机器信息，经过处理后生成证书，并使用基于RSA算法的加密方式对证书进行加密；确认用户付费之后，服务器以邮件形式发送证书到用户；当请求为续费类型，确认用户付费之后，服务器延长响应用户使用期限。

用户注册时必须按照提示要求进行注册，用户注册信息会在主机进行合法性检查，检查通过后方可进行注册，否则注册失败并提示错误信息。

进一步而言，上述技术方案中，分子绘制模块与分子显示模块通过进程间通信实现同步显示，并且以默认格式存储在用户自定义路径下。

进一步而言，上述技术方案中，通信模块使用spring框架实现用户对web数据库模式作业的提交，使用sftp文件传输协议实现web作业的下载。

进一步而言，上述技术方案中，证书生成模块采用软硬件结合方式生成证书，并使用基于RSA算法加密方式对证书进行加密，并将私钥进行特殊转码处理。

本发明的有益效果是，可以满足基本的药物设计研究工作，可共日常教学使用，并实现分子绘制、格式转换、优化、相似性筛选的流水式操作，使用方便简单。

附图说明

图1是实施例1的系统框架图；

图2是实施例的客户端验证模块工作流程图；

图3是实施例1的服务器端证书生成流程图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体描述，但实施例只用于对本发明进一步说明，并不限制本发明的保护范围。

实施例1

见图1所示，本实施例1的药物辅助设计系统包括分子绘制模块、分子格式转换模块、本地作业模块、web作业模块、客户端激活模块、通信模块、web数据库以及用户管理模块；

本地作业模块包括自定义化合物库和分子相似性筛选模块；

分子绘制模块与分子相似性筛选模块通过分子格式转换模块连接；分子相似性筛选模块还与web作业模块连接；

web作业模块、客户端激活模块以及通信模块之间两两连接；

通信模块、web数据库以及用户管理模块之间两两连接。

还包括结果文件解析模块和显示模块；分子相似性筛选模块和所述web作业模块都将结果传送至结果文件解析模块并送至显示模块进行显示。

客户端激活模块包括用户注册模块、用户续费或购买模块以及系统验证模块；用户管理模块包括请求处理模块、证书生成模块以及包含发送模块和验证模块的邮件系统。

其交互可视的药物辅助设计实现方法，简言之，即用户打开或绘制分子作为输入分子，然后通过选择筛选模式进行相应筛选，并将结果返回并显示的过程。

如图2和图3所示，在用户选择web模式的筛选方式时，必须先获得许可授权，否则用户不允许被使用，可通过购买或续费获得授权。

用户打开系统，系统会先对用户进行验证，验证通过后相应功能解锁并可正常使用，当验证未通过时，功能处于加锁状态并不可使用，同时系统弹出激活窗口。验证失败或用户许可到期时都会处于验证未通过状态。

当用户进行作业时，首先可通过打开已有分子或绘制新分子来作为提交分子，对于提交分子，系统提供格式转换功能，并通过现有算法对分子进行优化，使提交分子达到能量最小化。然后用户可选择筛选模式，进行相应筛选作业。

同时系统提供导入PDB的功能，用户可通过输入四位的PDB编码来加载PDB，加载完成后，系统允许用户将PDB下载到本地，对于加载的PDB，系统会解析蛋白质链与相应的配体，用户通过选择可将选中的配体作为提交分子进行作业。

当用户选择本地筛选模式时，用户需要定义筛选参数：分子阈值和筛选结果最大数量。目前数量最多允许筛选出1000个结果，同时用户需上传自定义的化合物库。对于用户上传的化合物库，系统允许用户选择对化合物库生成空间构象。当用户选择生成构象时，系统会调用现有程序对化合物库生成构象，并将生成构象后的文件作为新的化合物库进行筛选。

当用户为授权未到期用户时，用户可选择web模式作业，目前本系统根据web服务器端的处理提供了8中数据库让用户选择，此模式下用户仍需定义筛选参数分子阈值与筛选结果返回数量，数量最大仍为1000个。此模式下由于web数据库较大，故服务器筛选时间较长，当筛选完成后，用户通过下载获得作业结果。

对于筛选的结果，分为带注释信息与不带注释信息两种。对于不带注释信息的结果，系统通过解析.list文件获取结果和排名显示，用户可通过选中相应结果进行查看显示，系统允许多个分子叠加显示。对于带注释信息的结果，系统通过解析XML文件获取相应结果、对应注释信息并排名显示，注释信息包括基因名、蛋白功能、通路以及与基因相关的疾病信息。系统加入相应超链接，允许用户在相应网站上查看某一注释的详细信息。

对于未授权或授权已到期的用户，均处于许可受限状态。此时用户可通过购买或续费来获得许可。系统提供购买和续费两种模式，新用户只被允许使用购买选项，此时用户须填写注册信息来进行注册并选择许可期限。对于许可到期的用户，只被允许使用续费选项，此时用户只需选择许可期限即可。正常使用的用户可查看自己使用期限剩余状态。

服务器接收到用户请求后，会做出相应处理，当为购买请求时，服务器会检测用户是否合法，即用户是否为新用户，若不是新用户，则返回非法标志，若为新用户，则服务器根据用户注册信息以及安装机器信息，经过处理生成证书。并通过基于RSA算法的加密方式进行加密，然后将用于解密的私钥进行特殊的转码处理。当用户完成付款后，服务器以邮件形式将证书发送给用户，用户将证书放入指定目录下后可完成激活。

以上所述仅为本发明的具体实施实例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)用户通过分子绘制模块打开已有分子或绘制新分子作为提交分子，或将从导入的PDB中提出的配体作为提交分子，并通过分子格式转换模块对所述提交分子的格式进行转换或优化，并传送至分子相似性筛选模块；

(2)对于未授权用户，根据步骤(1)中转换或优化后的分子格式，用户定义筛选参数，并通过本地作业模块中的自定义化合物库进行筛选；筛选结束后对所述自定义化合物库生成空间构象，并将所述空间构象作为新的化合物库进行筛选作业；

对于授权用户，登录客户端激活模块并验证后可选择web数据库作为靶标数据库进行筛选；

(3)步骤(1)中转换或优化后的分子格式传送至web作业模块的选择数据库，在结果文件解析模块中将所述选择数据库的分子构象与所述分子相似性筛选模块的分子构象进行解析，并将结果显示在显示模块上；

(4)用户进行筛选时，选择本地作业模式或网络作业模式进行筛选；

当用户选择本地作业模式时，系统在本地进行筛选并将结果解析显示；

当用户选择网络作业模式时，用户从给定数据库中选择某一数据库，并提交给服务器，服务器返回相应的ID号给客户端，计算完成后用户通过ID号下载对应作业并将解析结果进行输出显示；

当用户请求为认证请求时，服务器对用户的请求类型进行判断，所述请求类型包括注册、续费/购买和验证，服务器收到用户的请求类型后进行相应处理，并将处理结果返回给用户。

2.根据权利要求1所述的交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，在步骤(1)绘制新分子过程中，利用进程通信技术在三维显示模块中实现同步显示；用户通过输入四位的PDB编码加载PDB，加载成功后下载到本地；系统解析PDB中的蛋白质链与相应的配体，用户可选择对应的配体作为提交分子进行后续作业。

3.根据权利要求1所述的交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，步骤(2)中授权用户选择web数据库后，系统根据服务器处理方案，提供八种数据库的选择，所述八种数据库分为带靶标注释信息的数据库与不带靶标注释信息的数据库两种。

4.根据权利要求3所述的交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，对于不带注释信息的作业，通过解析.list文件获取作业结果并排名显示；对于带靶标注释信息的作业，通过解析XML文件获取作业结果及注释信息并排名显示。

5.根据权利要求4所述的交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，

所述不带注释信息的作业和所述带靶标注释信息的作业，最大结果数量为1000个，用户均可通过选中对应结果进行查看并显示，并且系统允许多个分子叠加显示；

对于所述带靶标注释信息的作业，用户通过选中对应结果查看相应注释信息，注释信息包括基因名、蛋白功能、通路以及与基因相关的疾病信息；用户通过注释信息中的超链接查看注释内容的来源以及详细信息。

6.根据权利要求4所述的交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，

所述作业结果的显示方法为以表格形式显示包括分子排名、分子名称以及各项指标对应的分数信息；其中，对于各项指标对应的分数，系统允许用户按照从高到低或从低到高进行排序；

系统允许用户将所述作业结果自定义导出，导出方式为全部导出或按照排名区间导出，导出内容为由分子排名、名称以及各项分数组成的excel文件，同时还有对应的分子文件。

7.根据权利要求1所述的交互可视的药物辅助设计实现方法，其特征在于，当所述客户端激活模块收到用户的购买请求或续费请求时，服务器判断用户是否为合法用户；

当不符合时，返回错误信息到客户端；

当用户为合法用户时，若请求为购买类型，则服务器获取用户注册信息以及系统安装机器信息，经过处理后生成证书，并使用基于RSA算法的加密方式对证书进行加密；确认用户付费之后，服务器以邮件形式发送证书到用户；当请求为续费类型，确认用户付费之后，服务器延长响应用户使用期限。