Международная база данных структурных данных биомолекул

Введение

Международная база данных с открытым доступом крупных биологических молекул

Банк данных белков (PDB) – это база данных трехмерных структурных данных крупных биологических молекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты, находящаяся под контролем Всемирного банка данных белков (wwPDB). Эти структурные данные получают и предоставляют биологи и биохимики по всему миру, используя экспериментальные методы, такие как рентгеновская кристаллография, ЯМР-спектроскопия и, все чаще, криоэлектронная микроскопия. Все представленные данные проходят экспертную проверку биокураторов и, после утверждения, становятся свободно доступными в Интернете под лицензией CC0 Public Domain Dedication. Глобальный доступ к данным обеспечивается через веб-сайты организаций-членов wwPDB (PDBe, PDBj, RCSB PDB и BMRB).

История

Две силы сошлись, чтобы инициировать создание PDB: небольшая, но растущая коллекция наборов данных о структуре белков, определенных методом рентгеновской дифракции, и недавно доступный (1968) графический дисплей для молекул, Brookhaven RAster Display (BRAD), позволяющий визуализировать эти белковые структуры в 3D. В 1969 году, при поддержке Уолтера Гамильтона из Национальной лаборатории Брукхейвена, Эдгар Мейер (Техасский университет A&M) начал разработку программного обеспечения для хранения файлов атомных координат в едином формате, чтобы обеспечить их доступность для геометрического и графического анализа. К 1971 году одна из программ Мейера, SEARCH, позволила исследователям удаленно получать доступ к информации из базы данных для изучения структуры белков в автономном режиме. SEARCH сыграл ключевую роль в развитии сетевых технологий, ознаменовав функциональное начало работы PDB. О создании Банка белковых данных было объявлено в октябре 1971 года в журнале Nature New Biology как совместный проект Кембриджского кристаллографического центра данных (Великобритания) и Национальной лаборатории Брукхейвена (США). После смерти Гамильтона в 1973 году Том Кетцл возглавил PDB на последующие 20 лет. В январе 1994 года Джоэль Суссман из Института науки Вейцмана (Израиль) был назначен руководителем PDB. В октябре 1998 года PDB был передан в Исследовательскую лабораторию структурной биоинформатики (RCSB); передача была завершена в июне 1999 года. Новым директором стала Хелен М. Берман из Университета Рутгерса (одно из управляющих учреждений RCSB, другое – Центр суперкомпьютеров Сан-Диего при Калифорнийском университете в Сан-Диего). В 2003 году, с созданием wwPDB, PDB стал международной организацией. Основателями являются PDBe (Европа), присоединившийся в 2006 году. Каждый из четырех членов wwPDB может выполнять функции центра хранения, обработки и распространения данных PDB. Обработка данных подразумевает, что сотрудники wwPDB рассматривают и аннотируют каждую представленную запись. Затем данные автоматически проверяются на достоверность (исходный код этого программного обеспечения для валидации был предоставлен общественности в бесплатный доступ).

Two forces converged to initiate the PDB: a small but growing collection of sets of protein structure data determined by X ray diffraction; and the newly available (1968) molecular graphics display, the Brookhaven RAster Display (BRAD), to visualize these protein structures in 3 D. In 1969, with the sponsorship of Walter Hamilton at the Brookhaven National Laboratory, Edgar Meyer (Texas A&M University) began to write software to store atomic coordinate files in a common format to make them available for geometric and graphical evaluation. By 1971, one of Meyer's programs, SEARCH, enabled researchers to remotely access information from the database to study protein structures offline. SEARCH was instrumental in enabling networking, thus marking the functional beginning of the PDB. The Protein Data Bank was announced in October 1971 in Nature New Biology as a joint venture between Cambridge Crystallographic Data Centre, UK and Brookhaven National Laboratory, US. Upon Hamilton's death in 1973, Tom Koetzle took over direction of the PDB for the subsequent 20 years. In January 1994, Joel Sussman of Israel's Weizmann Institute of Science was appointed head of the PDB. In October 1998,
the PDB was transferred to the Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB); the transfer was completed in June 1999. The new director was Helen M. Berman of Rutgers University (one of the managing institutions of the RCSB, the other being the San Diego Supercomputer Center at UC San Diego). In 2003, with the formation of the wwPDB, the PDB became an international organization. The founding members are PDBe (Europe), joined in 2006. Each of the four members of wwPDB can act as deposition, data processing and distribution centers for PDB data. The data processing refers to the fact that wwPDB staff review and annotate each submitted entry. The data are then automatically checked for plausibility (the source code for this validation software has been made available to the public at no charge).

Формат файла

Первоначально используемый формат файла PDB назывался форматом PDB. Изначальный формат был ограничен шириной компьютерных перфокарт – 80 символами в строке. Около 1996 года был постепенно внедрён формат "макромолекулярный кристаллографический информационный файл", mmCIF, который является расширением формата CIF. mmCIF стал стандартным форматом для архива PDB в 2014 году. В 2019 году wwPDB объявил, что депозиты для кристаллографических методов будут приниматься только в формате mmCIF. XML-версия PDB, называемая PDBML, была описана в 2005 году. Файлы структур можно загрузить в любом из этих трёх форматов, хотя всё большее число структур не соответствует устаревшему формату PDB. Отдельные файлы легко загружаются в графические программы по интернет-адресам: для файлов формата PDB используйте, например, http://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.pdb.gz или http://pdbe.org/download/4hhb; для файлов PDBML (XML) используйте, например, http://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.xml.gz или http://pdbe.org/pdbe/4hhb. "4hhb" – это идентификатор PDB. Каждая структура, опубликованная в PDB, получает четырёхзначный буквенно-цифровой идентификатор, её PDB ID. (Это не является уникальным идентификатором для биомолекул, поскольку в PDB могут содержаться несколько структур для одной и той же молекулы – в разных условиях или конформациях – с разными PDB ID.)

Просмотр данных

Файлы структуры могут быть просмотрены с помощью одной из нескольких бесплатных программ с открытым исходным кодом, включая Jmol, Pymol, VMD, Molstar и Rasmol. Другие платные и условно-бесплатные программы включают ICM Browser, MDL Chime, UCSF Chimera, Swiss PDB Viewer, StarBiochem (интерактивный молекулярный просмотрщик на основе Java с интегрированным поиском по базе данных белков), Sirius и VisProt3DS (инструмент для визуализации белков в 3D стереоскопическом виде в анаглифе и других режимах), а также Discovery Studio. На веб-сайте RCSB PDB содержится обширный список бесплатных и коммерческих программ для визуализации молекул и плагинов для веб-браузеров.