【構造生物学】タンパク質をコンピュータでデザインする！「Rosettaの使い方」（初心者向け） from Udemy

What's inside

Learning objectives

タンパク質構造分析ソフトウェア"rosetta"の、インストール手順について学習します
"rosetta"を用いた基礎的なタンパク質構造予測手法について学習します

タンパク質の構造分析で取り扱う一般的なファイルフォーマット（pdbファイルなど）について学習します
Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論（エネルギー関数など）について学習します

タンパク質構造分析ソフトウェア"rosetta"の、インストール手順について学習します
"rosetta"を用いた基礎的なタンパク質構造予測手法について学習します
タンパク質の構造分析で取り扱う一般的なファイルフォーマット（pdbファイルなど）について学習します
Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論（エネルギー関数など）について学習します

Syllabus

本講座で学べること、想定する学習者について理解できます

Rosetta
RosettaCommons
講座の進め方
受講時に必要なツール

本講座の学習方法や教材について理解できます

Rosettaとは
チュートリアルドキュメントの構成
本講座の内容

環境変数
Rosettaの実行コマンド例
その他Rosettaでの解析実行時の注意点

環境構築の進め方
W COMOTIONのアカウント取得
Rosettaのライセンス取得
Rosetta Software Suiteのダウンロード

Dockerfileの準備
Docker imageの作成
Docker containerの起動

テキストエディタ
PyMOL
ターミナル

セクション5の概要
デモファイル
PDBファイル

PDBファイルのリスト
- -in:file:l
サイレントファイル
- -in:file:silent

特殊な残基や水分子の処理
- -ignore_unrecognized_res
Zero Occupancy
- -ignore_zero_occupancy

リファインメント
- flag file (@)
入力ファイルのパスを指定
- -in:path

セントロイド表現
- -in:file:centroid
フルアトム表現
- -in:file:fullatom
参照構造の入力
- -in:file:native

PDBファイル
- -out:pdb
サイレントファイル
- -out:file:silent
サイレントファイルからPDBファイルへの変換
- -in:file:tagfile
- extract_pdbs
圧縮ファイル
- -out:pdb_gz

スコアファイルの出力
- -out:file:scorefile_format_json
出力ファイル名の変更
- -out:prefix
- -out:suffix
出力ファイルのパスを指定
- -out:path:all
- -out:path:score
- -out:path:pdb
ファイル出力を無効にする方法
- -out:nooutput
- -out:file:score_only

ログの出力
- -out:level
シードの設定
- -run:constant_seed
- -run:jran
出力ファイルの上書き
- -overwrite

ナンバリング
ポーズ
内部座標表現
モンテカルロサンプリング
ロータマー

計算手法特有の傾向
Rosettaのデフォルト設定
フラグメントピッキングに依存した構造予測
オーバーサンプリング
ノンカノニカル構造

セクション７の概要
スコア関数
- REF2015

構造データの前処理

スコアファイルの見方
ドッキング
- -score:weights

エネルギー項の重みの変更
- -score:patch
- -score:set_weights

スコアへの寄与を残基ごとに解析
- per_residue_energies
- residue_energy_breakdown

Relax
Packer
Minimizer
relax
- -nstruct
- -relax:default_repeats

構造緩和するタンパク質領域を制限する方法
- -in:file:movemap
- -relax:chi_move
- -relax:bb_move
- -relax:jump_move
- -relax:constrain_relax_to_start_coords
- -relax:constrain_relax_to_native_coords
- -relax:coord_cst_width
- -relax:ramp_constraints
- -relax:respect_resfile
- -packing:resfile

構造解析の手順
- 入力ファイルの準備
- AbinitioRelaxの実行
- 出力結果の解析

構造解析に必要なファイル
- fastaファイル
- フラグメントファイル
- 参照構造のPDBファイル

AbinitioRelaxの実行
- AbinitioRelax

モデル構造のスコアとRMSDの相関解析

最良モデル構造の抽出
モデル構造をPDBファイルへ出力する方法
- extract_pdbs

本講座の復習
今後の学習の方向性
- 理論の学習
- タンパク質設計
- タンパク質の種類や目的に応じて最適化された構造解析手法の学習
- インターフェースの取り扱い

Traffic lights

Read about what's good

what should give you pause

and possible dealbreakers

Explores the Rosetta software suite, which is widely used in academic research for protein structure prediction and design

Covers the installation process, which can be a significant hurdle for beginners trying to use computational tools in structural biology

Examines common file formats like PDB, which are essential for working with protein structures in various bioinformatics applications

Requires users to obtain a license for Rosetta, which may involve a process that some learners find cumbersome or time-consuming

Uses Docker for environment setup, which requires familiarity with containerization technology and may pose a challenge for some beginners

Focuses on de novo structure prediction, which is a complex task that may require additional study and practice beyond this course

Reviews summary

Rosetta初心者向け：構造生物学と使い方入門

学習者によると、本講座「【構造生物学】タンパク質をコンピュータでデザインする！「Rosettaの使い方」（初心者向け）」は、Rosettaソフトウェアや構造生物学の知識が全くない「完全な初心者」を対象に設計されており、「非常に分かりやすい入門」として受講者から高い評価を得ています。レビューを総合すると、Rosettaのインストール、基本的な実行方法、PDBファイルなどのデータ形式の扱い方、「エネルギー関数」といったRosettaの根幹をなす概念、そして簡単な構造予測（AbinitioRelaxなど）といった内容が、初学者にも理解できるよう極めて丁寧に解説されている点が特に好評です。この徹底した丁寧さと実践的な内容のおかげで、大学の専門課程でRosettaに難しさを感じ、「挫折しかけた経験」がある学生も、「苦手意識を克服し、Rosettaを使うことへの心理的な抵抗がなくなった」と語っています。また、「実際にRosettaをインストールし、コマンドを実行し、結果を見る」という一連のプロセスを通じて、「Rosettaを使って研究や作業を進める具体的なイメージ」が明確に掴めるようになり、「学習意欲が向上した」という声も聞かれます。Rosettaの学習をどこから始めれば良いか分からない人にとって、このコースは「迷うことなく第一歩を踏み出せる確かな道標」となるでしょう。提供されたレビューは少数ですが、全てが満点の5つ星評価であり、Rosetta学習の「最初のステップとしてこれ以上ないほど適切」であり、特に初学者にとって「圧倒的に高い満足度」を提供していることが強く示唆されます。

Rosettaだけでなく関連基礎も学べる。

"初心者向けという通り、Rosettaの使い方だけでなく構造生物学の基礎やファイル形式などについても丁寧に解説されており"

"Rosettaの導入から簡単な使い方まで学ぶことができました。"

"Rosettaのインストールからファイル形式（PDBなど）、エネルギー関数やRelaxといった概念まで学べました。"

Rosetta利用の実践イメージが掴める。

"おかげでRosettaを実際に利用するときのイメージを掴むことができました。"

"この講座のおかげでRosettaを使うことに抵抗がなくなりました。"

"大学の講義でRosettaを使っても難しくてなかなか理解できませんでしたが、使うことに抵抗がなくなりました。"

説明が非常に分かりやすい。

"講座全体を通して非常に丁寧な解説で、Rosettaの導入から簡単な使い方まで学ぶことができました。"

"非常にわかりやすかったです。"

"構造生物学やRosettaについての導入として非常にわかりやすい講座でした。"

Rosettaと構造生物学の基礎に最適。

"初心者向けという通り、Rosettaの使い方だけでなく構造生物学の基礎やファイル形式などについても丁寧に解説されており、非常にわかりやすかったです。"

"構造生物学やRosettaについての導入として非常にわかりやすい講座でした。概要と使い方を学ぶのに最適だと思います。"

"今までRosettaを触る機会がなく、使い方をゼロから勉強しようと考えていたので受講しました。"

Activities

Be better prepared before your course. Deepen your understanding during and after it. Supplement your coursework and achieve mastery of the topics covered in 【構造生物学】タンパク質をコンピュータでデザインする！「Rosettaの使い方」（初心者向け） with these activities:

タンパク質構造解析の教科書を読む

Show steps

タンパク質構造解析の教科書を読むことで、Rosettaの背景にある構造生物学の知識を深めます。

View Introduction to Protein Structure on Amazon

Show steps

タンパク質構造解析の教科書を入手する
教科書を読み、重要な箇所に線を引いたり、メモを取ったりする
理解できない箇所があれば、調べて理解を深める

PDBファイルの構造を解析する練習をする

Show steps

PDBファイルの構造を解析する練習をすることで、Rosettaで扱うファイル形式に慣れ、構造データの理解を深めます。

Show steps

PDBファイルをダウンロードする
テキストエディタでPDBファイルを開き、構造を解析する
PyMOLなどの可視化ツールでPDBファイルを表示する

Rosettaの実行コマンド例をまとめたチートシートを作成する

Show steps

Rosettaの実行コマンド例をまとめたチートシートを作成することで、コマンドの使い方を理解し、実践的なスキルを向上させます。

Show steps

Rosettaのチュートリアルドキュメントやオンラインリソースを参考にする
よく使うコマンドとそのオプションをまとめる
コマンドの実行例とその結果を記述する
チートシートを整理し、見やすくする

Three other activities

Expand to see all activities and additional details

Show all six activities

Protein Design

Show steps

タンパク質設計に関する書籍を読むことで、Rosettaを用いたタンパク質設計の理論と実践についてより深く理解します。

View Atomic Evidence on Amazon

Show steps

タンパク質設計に関する書籍を入手する
書籍を読み、重要な箇所に線を引いたり、メモを取ったりする
理解できない箇所があれば、調べて理解を深める

簡単なタンパク質の構造予測をRosettaで試す

Show steps

簡単なタンパク質の構造予測をRosettaで試すことで、コースで学んだ知識を実践に活かし、理解を深めます。

Show steps

簡単なタンパク質のアミノ酸配列を入手する
Rosettaを使って構造予測を実行する
予測された構造を解析し、評価する
結果を考察し、改善点を見つける

Rosettaのドキュメントに貢献する

Show steps

Rosettaのドキュメントに貢献することで、Rosettaの理解を深め、コミュニティに貢献することができます。

Show steps

Rosettaのドキュメントを読み、改善点を見つける
改善点を修正し、プルリクエストを送信する
レビューを受け、修正を反映する

Career center

Learners who complete 【構造生物学】タンパク質をコンピュータでデザインする！「Rosettaの使い方」（初心者向け） will develop knowledge and skills that may be useful to these careers:

構造生物学者

構造生物学者としてのキャリアでは、タンパク質の三次元構造を決定し、その機能との関係を理解することが求められます。このコースでは、タンパク質構造をコンピュータで解析するためのソフトウェア「Rosetta」の使い方を学ぶことができるため、構造生物学者としての基盤を築く上で非常に役立ちます。特に、Rosettaのインストール手順や基本的な構造予測手法、PDBファイルなどのファイルフォーマットの扱い方を習得することは、構造生物学における研究活動の効率を高める上で不可欠です。構造生物学に興味を持ち、これから本気で活用したいと考えている方にとって、この講座は最適な第一歩となるでしょう。

See salaries and explore the career path for 構造生物学者

タンパク質エンジニア

タンパク質エンジニアは、特定の機能を持つようにタンパク質を設計・改変する専門家です。このコースでは、タンパク質構造をコンピュータでデザインするためのソフトウェア「Rosetta」の使い方を学ぶため、タンパク質エンジニアリングにおいて非常に役立ちます。Rosettaの多岐にわたる機能の中でも、De novo structure prediction（アミノ酸配列からのタンパク質構造予測）ができるようになることは、新しいタンパク質を設計する上で非常に重要です。また、構造緩和やパッキングなどの手法を習得することで、設計したタンパク質の安定性や機能を最適化することができます。

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計算生物学者

計算生物学者は、生物学的な問題を解決するために計算手法やモデルを開発・適用します。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造予測や設計に用いられる強力なツールであり、計算生物学者が構造生物学的な側面からアプローチする際に非常に有効です。特に、De novo structure prediction（アミノ酸配列からのタンパク質構造予測）ができるようになることを目標としているため、タンパク質の構造が不明な場合に、計算によって構造を予測し、その後の研究に役立てることができます。さらに、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、計算生物学者としての知識を深めることができます。

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分子モデラー

分子モデラーは、分子の構造や特性をコンピュータ上でモデル化し、解析する専門家です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造予測や分子ドッキングに用いられるため、分子モデリングにおいて重要なツールとなります。特に、Rosettaを用いてタンパク質の構造を予測し、その構造に基づいて薬剤候補化合物の結合様式を予測することで、より効果的な医薬品開発が可能になります。また、スコア関数を用いた評価や、分子動力学計算などの手法を組み合わせることで、より詳細な分子モデリングを行うことができます。

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バイオインフォマティシャン

バイオインフォマティシャンは、大量の生物学的データを解析し、有用な情報を抽出する役割を担います。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造データを取り扱い、解析するための重要なツールとなり得ます。PDBファイルなどのファイルフォーマットの扱い方や、Rosettaの出力するスコアファイルの解析方法を習得することで、タンパク質の構造に関する情報を効率的に処理し、バイオインフォマティクス研究に貢献できます。特に、構造データの前処理やスコアファイルの見方、エネルギー項の重みの変更など、実践的なスキルを身につけることができるため、バイオインフォマティシャンとしての能力を向上させることができます。

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創薬研究者

創薬研究者は、新しい医薬品を開発するために、ターゲットとなるタンパク質の構造や機能を解析し、薬剤候補化合物を設計・評価します。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造予測や分子ドッキングに用いられるため、創薬研究において重要な役割を果たす可能性があります。特に、Rosettaを用いてタンパク質の構造を予測し、その構造に基づいて薬剤候補化合物を設計することで、より効果的な医薬品開発が可能になります。また、スコア関数を用いた評価や、構造緩和の手法を学ぶことで、薬剤候補化合物の最適化にも貢献できます。

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研究開発エンジニア

研究開発エンジニアは、新しい技術や製品を開発するために、研究活動をサポートする役割を担います。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造解析や設計に用いられるため、生物学系の研究開発において重要なツールとなります。特に、Rosettaのインストール手順や基本的な構造予測手法、PDBファイルなどのファイルフォーマットの扱い方を習得することで、研究者のサポートを効果的に行うことができます。また、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、研究開発エンジニアとしての知識を深めることができます。

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生物物理学者

生物物理学者は、物理学的な手法を用いて生命現象を解明する研究者です。タンパク質の構造解析は、生物物理学において重要な研究テーマの一つであり、このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造予測やエネルギー計算に用いられるため、生物物理学者の研究活動を支援するツールとなり得ます。特に、Rosettaのスコア関数を用いたエネルギー計算や、構造緩和の手法を習得することで、タンパク質の安定性やフォールディングに関する研究に貢献できます。また、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、生物物理学者としての知識を深めることができます。

See salaries and explore the career path for 生物物理学者

生物系研究者

生物系研究者は、生物に関する様々な現象を研究する専門家です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造解析に用いられるため、構造生物学に興味のある生物系研究者にとって役立つ可能性があります。特に、タンパク質の構造を理解することで、その機能や相互作用に関する理解を深めることができます。また、Rosettaのインストール手順や基本的な構造予測手法を習得することで、自身の研究活動に活用することができます。

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データサイエンティスト

データサイエンティストは、大量のデータを解析し、有用な情報を抽出する専門家です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造データを取り扱い、解析するためのツールとして、データサイエンティストが生物学分野のデータ分析を行う際に役立つ可能性があります。特に、Rosettaの出力するスコアファイルを解析し、タンパク質の構造と機能の関係性を明らかにすることで、データサイエンスの知識を生物学研究に応用することができます。また、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、データサイエンティストとしての知識の幅を広げることができます。

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システム生物学者

システム生物学者は、生命現象をシステムとして捉え、数理モデルを用いて解析する研究者です。タンパク質の構造は、生命システムの重要な構成要素であり、このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造予測や相互作用解析に用いられるため、システム生物学者の研究活動を支援するツールとなり得ます。特に、Rosettaを用いてタンパク質の構造を予測し、その構造に基づいてタンパク質間の相互作用を解析することで、より複雑な生命システムの理解に貢献できます。また、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、システム生物学者としての知識を深めることができます。

See salaries and explore the career path for システム生物学者

化学者

化学者は、物質の構造や性質、反応などを研究する専門家です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造解析に用いられるため、タンパク質の化学的な性質や反応を理解する上で役立つ可能性があります。特に、タンパク質の構造と機能の関係性を理解することで、新しい触媒や材料の開発に貢献できます。また、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、化学者としての知識の幅を広げることができます。

See salaries and explore the career path for 化学者

情報科学研究者

情報科学研究者は、情報技術を用いて様々な問題を解決する研究者です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造解析や設計に用いられるため、バイオインフォマティクス分野における情報科学研究に役立つ可能性があります。特に、Rosettaのアルゴリズムやデータ構造を理解し、改善することで、タンパク質構造予測の精度向上や計算効率化に貢献できます。また、Rosettaの仕様の理解を通じて、タンパク質に関連する物理化学的な理論についても学習できるため、情報科学研究者としての知識の幅を広げることができます。博士号（Ph.D.）が通常必要とされます。

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データアナリスト

データアナリストは、データを収集・分析し、ビジネス上の意思決定を支援する専門家です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、タンパク質の構造データを取り扱い、解析するためのツールとして、データアナリストが生物学分野のデータ分析を行う際に役立つかもしれません。特に、Rosettaの出力するスコアファイルを解析し、タンパク質の構造と機能の関係性を明らかにすることで、データ分析の知識を生物学研究に応用することができます。

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ソフトウェアエンジニア

ソフトウェアエンジニアは、ソフトウェアの開発・設計・保守を行う専門家です。このコースで学ぶ「Rosetta」は、ソフトウェアとして利用されるため、ソフトウェアエンジニアがその構造やアルゴリズムを理解することで、より効果的に活用できる可能性があります。特に、Rosettaのソースコードを解析し、改善することで、タンパク質構造予測の精度向上や計算効率化に貢献できます。

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Reading list

We've selected two books that we think will supplement your learning. Use these to develop background knowledge, enrich your coursework, and gain a deeper understanding of the topics covered in 【構造生物学】タンパク質をコンピュータでデザインする！「Rosettaの使い方」（初心者向け）.

Atomic Evidence

Save

Provides a comprehensive overview of protein design principles and methods, including computational approaches like Rosetta. It delves into the theoretical underpinnings of protein folding, stability, and function, offering a deeper understanding of the concepts used in the course. While more advanced than the introductory material, it serves as an excellent resource for students interested in pursuing protein design research or applications. It is often used as a textbook in advanced protein engineering courses.

Introduction to Protein Structure

Save

この本は、タンパク質構造の基礎を網羅的に解説しており、Rosettaの理解に必要な構造生物学の知識を深めるのに役立ちます。タンパク質のフォールディング、ドメイン構造、構造解析の手法など、コースで扱う概念の背景知識を提供します。この本は、コースの参考文献として役立つだけでなく、構造生物学の学習を深めるための追加の読み物としても価値があります。

(English) Introduction to Protein Structure

Kindle Edition

$$$

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