XueLab

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Yingang Feng 2008.9

生物大分子核磁共振经过二十多年的发展，已经成为结构生物学和相关领域的重要研究手段。生物大分子核磁共振使用的软件，虽然没有象晶体学那样的丰富，然而也为数不少，各有特色。这里根据个人从事生物大分子核磁共振研究的经验，对其中一些软件做一简评，期望能够抛砖引玉，引起各位有经验研究者的更多的评述，亦愿能给初学者面对众多软件时能有所参考选择。

• 谱图处理软件（从FID变换为谱图）
  1. NMRPipe http://spin.niddk.nih.gov/NMRPipe/ http://www.nmrscience.com/index.html NMRPipe应该是目前用户最多的生物大分子谱图处理软件，由Ad Bax实验室的Frank Delaglio开发，本为免费软件。但由于Frank Delaglio在07年失去了在NIH的位置，因此成立了NMRScience公司出售该软件，目前只能免费下载到之前的版本。对于新手，强烈建议学习使用该软件，因为你能找到最大的用户群，比较容易找到人讨论学习。特性：基于unix，可以处理多维谱图，带有大量辅助工具，可扩展（具有类似C语言语法的宏命令，可以控制每个数据点）。其中所带的TALOS是结构计算中目前得到二面角约束的最常用方法。大部分谱图分析软件都支持NMRPipe格式的谱图（或者提供转换工具）。
  2. Felix http://www.felixnmr.com/ Felix是一个商业软件，是较早时期使用较多的一个谱图处理和分析的综合软件包，功能非常强大。现在因为免费软件的兴起，Felix由于非常昂贵用户已经越来越少，导致公司对该软件的开发也基本停滞，最新版本为2004，其实和2002也基本没有太大差别。特点：集谱图处理和谱图分析于一身，图形界面操作，有Windows和Unix版本，有宏命令语言可扩展。不推荐新手使用，因为用户已经越来越少，同时其中的bug也得不到及时的修正。
  3. Azara http://www.bio.cam.ac.uk/azara/ 开源的多维谱图处理软件。本人没有用过，但是CCPN计划使用Azara作为其谱图处理软件的基础，估计也是一个功能不错的软件。基于Linux。
  4. 谱仪自带软件：Bruker的XWINNMR和TopSpin，Varian的VnmrJ，Joel的Delta都能处理多维谱图，当然都只能处理自己公司格式的谱图。这些都是图形界面的软件，手册也很丰富清晰，出现问题也可以找技术支持解决。因此对于自己课题组有谱仪的科研人员来说，直接使用这些软件处理也不失为一种很好的选择，既不需要购买额外的软件，也不需要学习新的软件。
     

• 谱图分析软件

谱图分析软件不像谱图处理软件那样由NMRPipe一个软件占有大部分用户，而是有多个软件都有比较多的用户，其中最多的两个是NMRView和Sparky。

1. NMRView http://www.onemoonscientific.com/nmrview/ NMRView是一个免费的软件，注册一下就可以下载。最早的时候是C语言的版本，运行在Unix类型的计算机上，后来改为Java开发，称为NMRViewJ，可以运行在Windows, Unix以及Apple的计算机上。NMRView的界面操作比较容易上手，可以使用Tcl/Tk语言扩展其功能，但Bug比较多，手册陈旧，很多问题可能需要到其邮件列表上咨询，作者希望用户通过支付一定的费用获得支持。NMRView主要由Bruce A. Johnson一个人在维护更新，因此更新速度不是很快。NMRView在功能上是比较全面的，从化学位移指认和NOE指认，到动力学参数拟合，CSI计算，都可以完成。个人认为NMRView仍然是初学者的首选谱图分析软件。
2. Sparky http://www.cgl.ucsf.edu/home/sparky/ Sparky是一个免费、开源的软件，用户也非常多。Sparky具有Windows和Unix版本，其操作界面对于新手不是十分友好，但对于熟练人员则非常高效。Sparky支持基于Python的扩展，很多重要功能都是通过扩展插件实现的。Sparky基本上已经停止更新，被CCPN选择作为其谱图分析软件的基础。Sparky使用C语言和Python语言编写，编程相对严谨，Bug很少，Sparky的思想比较特别，受到一些用户特别是有编程经验的用户的推崇。
3. Felix http://www.felixnmr.com/ Felix如前所述是商业核磁共振软件的一个代表。其谱图分析功能也比较强大，但缺乏更新，一些方法目前来看已经有些陈旧了。
4. Cara http://www.nmr.ch Cara是Wuthrich实验室的一个研究生的博士论文工作，其思想和功能都非常好，手册也比较清晰。只是开发者获得学位之后这个软件的更新就越来越慢了，最近一次更新也有一年多了。Cara非常小巧，只有一个可执行文件，但集成了很多最新的分析方法和思想，并可以使用Lua语言进行扩展。Bruker在最新的TopSpin中捆绑了该软件，以帮助没有购买其他生物大分子谱图分析软件的人员使用。
5. 其他： XEASY和ANSIG是两个早期使用较多的谱图分析软件，上面提到的几个软件的一些思想方法都来自于这两个软件。这两个软件已经多年没有更新，但仍有一些研究组在使用这两个软件。

• 结构计算软件
  1. XPLOR-NIH http://nmr.cit.nih.gov/xplor-nih/ XPLOR是最经典的结构计算软件，可以用于晶体和核磁共振结构解析，但原来的开发者停止了开发。XPLOR-NIH是在XPLOR的基础上添加了大量新的用于核磁共振结构解析的工具而形成的新的软件包。XPLOR-NIH更新比较迅速，并且有一个很活跃的邮件列表来解决用户的问题。不过XPLOR-NIH需要使用者具有较好的编程基础，计算机基础比较薄弱的初学者可能会比较吃力。
  2. CNS（Crystallography & NMR System） http://cns-online.org/ CNS是从XPLOR衍生出的一个计算软件，其底层命令和XPLOR几乎完全相同，但其最大的特点是把计算过程封装起来，用户只需更改少量参数就可以直接使用，无需自己编制复杂的脚本程序。因此CNS使用起来非常简单，并且成为其他一些软件如Aria的基础。CNS自发布以来的更新很少，不过去年和今年都针对晶体结构解析做了一些更新。CNS是结构解析入门的首选。
  3. CYANA http://www.las.jp/english/products/s08_cyana/index.html CYANA是一个收费的软件，来自于早期的软件DYANA，增加了一个重要的功能CANDID，用于自动的NOE指认和结构计算。其结果相当可靠，大大减少了结构解析所需的时间，成为目前结构解析中使用最多的一个软件。但是，CYANA自身的力场参数较为简单，得到的结构往往不够精细，因此大部分人使用CYANA得到初步的结构之后，再使用其它软件进行结构优化。
  4. Amber http://ambermd.org/ Amber是一个分子动力学模拟软件包，由于其中的sander模块可以加入约束，因此可以用来对结构进行优化。Amber具有很好的力场，可以进行水中的显式或者隐式（GB模型）优化，因此也被很多核磁共振结构解析的研究组使用。其计算过程相对比较耗时。

• 结构显示软件
  1. MolMol http://hugin.ethz.ch/wuthrich/software/molmol/index.html MolMol是用于核磁共振结构显示和分析的首选软件，因为它是在Wuthrich研究组开发的，完全针对核磁共振的需要进行的。虽然已经很多年没有更新，但其功能现在对于核磁共振的结构分析和绘图仍然完全胜任。
  2. PyMol http://www.pymol.org PyMol是近年来最流行的结构显示和绘制软件。其绘图效果主要是模拟了早期的一个基于命令行的结构图绘制软件MolScript，并做了大量改进。因此很多作为杂志封面的结构图都使用了PyMol制作。PyMol虽然可以用来显示核磁结构，但没有特别针对核磁的优化。
  3. 其他：VMD http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ 是另一个比较优秀的软件，带有分子动力学模拟功能。VMD-Xplor http://vmd-xplor.cit.nih.gov/ 是在VMD基础上添加了一些针对核磁结构的（特别是XPLOR-NIH结构）功能。还有很多其他各有特色结构图形显示软件，如Rasmol，ICM等。

• 其它软件
  1. Procheck-NMR http://www.biochem.ucl.ac.uk/~roman/) 是结构分析的必备软件，Procheck-NMR除了能给出报导结构时通常需要给出的拉氏图分析外，还可给出很多其他结构分析信息。
  2. Aria http://aria.pasteur.fr/ Aria是较早成功进行自动NOE指认和结构计算的软件。新版本增加了一些的功能，有很多人用它进行结构优化。
  3. HADDOCK http://www.nmr.chem.uu.nl/haddock/ HADDOCK是基于NMR信息进行分子对接的软件，其效果非常好，是NMR研究大分子相互作用的重要软件。

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【完】