Extraer coordenadas de átomos en un fichero PDB

Los ficheros PDB (Protein Data Bank) contienen las coordenadas espaciales de los átomos de proteínas cuya estructura está resuelta por técnicas de rayos X o resonancia magnética nuclear (RMN). En una entrada de blog de Bruno podéis encontrar una muy buena explicación de estas técnicas realizada por el periódico El País.

Las estructuras de proteínas en formato PDB contienen mucha información que habitualmente no nos interesa para nuestros experimentos e interfiere con muchos programas que únicamente necesitan las coordenadas espaciales de los átomos. Además un fichero PDB normalmente contiene datos de múltiples moléculas y en diferentes posiciones en el cristal. Por ello es muy conveniente extraer de los ficheros PDB únicamente la información estructural que vamos a utilizar y descartar el resto.

En el post anterior vimos como extraer líneas de un texto o archivo. En la entrada de hoy veremos como reusar ese código para extraer los átomos deseados de un fichero PDB.

En el ejemplo se indica el fichero PDB original en la variable $pdb_file, en nuestro caso será la estructura de la famosa insulina que se puede descargar aquí (2INS.pdb). Y en el array @desired_coords le indicaremos el tipo de átomos que queremos extraer en un formato muy similar al usado por PyMOL.

   
 # File with 3D coords of insulin  
 my $pdb_file = "2INS.pdb";  
   
 # Extract coords of the alpha carbons of the chain A, and alpha and beta carbons of histidines of chain B  
 my @desired_coords = ('a/*/ca/', 'b/*/ca|cb/his');  
   
 open(PDBFILE,$pdb_file);  
 my $pdb_content = join('',<PDBFILE>);  
 close PDBFILE;  
   
 my $pdb_coords = join('',extract_pdb_coords($pdb_content,\@desired_coords));  
   
 open(PDBFILE,">$pdb_file.out");  
 print PDBFILE $pdb_coords;  
 close PDBFILE;  
   
 # Extract desired PDB coordinates from PDB entries  
 sub extract_pdb_coords {  
   
      my ($pdb_content, $types) = @_;  
   
      my $pdb_data;  
      my $patterns;  
      my @pattern_parts = ('chain','res_number','res_type','res_name');  
      foreach my $type (@{$types}) {  
           my $count = 0;  
           my %pattern;  
           while ($type =~ /([^\/]+)/g){  
                $type = $'; # Text to the right of the match  
                $pattern{$pattern_parts[$count]} = $1;  
                $count++;  
           }  
           push(@{$patterns},\%pattern);  
      }  
   
      foreach my $pattern (@{$patterns}){  
           my ($chain,$res_number,$res_type,$res_name);  
           if (!defined($pattern->{'chain'}) || !$pattern->{'chain'} || $pattern->{'chain'} eq '*'){  
                $chain = '\w{1}';  
           } else {  
                $chain = uc($pattern->{'chain'});  
           }  
           $pattern->{'res_number'} =~ s/\s+//;  
           if (!defined($pattern->{'res_number'}) || !$pattern->{'res_number'} || $pattern->{'res_number'} eq '*'){  
                $res_number = '\d+';  
           } elsif ($pattern->{'res_number'} =~ /^(\d+)$/) {  
                $res_number = $1;  
           } elsif ($pattern->{'res_number'} =~ /^(\d+)-(\d+)$/) {  
                $res_number = '('.join('|', $1 .. $2).')';  
           } elsif ($pattern->{'res_number'} =~ /\d,/) {  
                $res_number = '('.join('|', split(",",$pattern->{'res_number'})).')';  
           }  
           if (!defined($pattern->{'res_type'}) || !$pattern->{'res_type'} || $pattern->{'res_type'} eq '*'){  
                $res_type = '[\w\d]+';  
           } else {  
                $res_type = uc($pattern->{'res_type'});  
           }  
           if (!defined($pattern->{'res_name'}) || !$pattern->{'res_name'} || $pattern->{'res_name'} eq '*'){  
                $res_name = '\w{3}';  
           } else {  
                $res_name = uc($pattern->{'res_name'});  
           }  
           $pattern = '/(ATOM|HETATM)\s+\d+\s+('.$res_type.')\s+('.$res_name.')\s('.$chain.')\s+('.$res_number.')\s+.+/';  
      }  
   
      my @pdb_data_lines = extract_lines_from_text($pdb_content, $patterns);  
      if (@pdb_data_lines){  
           $pdb_data = join("\n",@pdb_data_lines);  
      }  
   
      return $pdb_data;  
   
 }  
   
 # Extract lines from text with the desired patterns  
 sub extract_lines_from_text {  
   
      my ($text, $patterns) = @_;  
   
      my @data;  
      my @lines = split("\n",$text);  
   
      foreach my $line (@lines){  
           foreach my $pattern (@{$patterns}){  
                if ($pattern =~ /^\/(.+)\/$/){  
                     if ($line =~ /$1/){  
                          push(@data,$line);  
                          last;  
                     }  
                } else {  
                     if ($line =~ /\Q$pattern\E/){  
                          push(@data,$line);  
                          last;  
                     }  
                }  
           }  
      }  
   
      return @data;  
   
 }  

Extraer de un texto líneas con el contenido deseado

A continuación os dejo un sencillo código para extraer las líneas deseadas de un texto dándole como parámetros el texto y un array con las palabras o patrones que deben estar presentes en las líneas a extraer.

Modificaciones de este código nos pueden ser muy útiles en diversos problemas bioinformáticos, cuando tenemos archivos con muchas líneas de datos y sólo queremos utilizar o visualizar unas pocas.

En próximas entradas utilizaremos este código para extraer por ejemplo los átomos deseados de un fichero de coordenadas atómicas en formato PDB.

 my $source_text = "Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua.\n  
 Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat.\n  
 Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur.\n  
 Excepteur sint occaecat cupidatat non proident, sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum.";  
   
 my @patterns;  
 push(@patterns, 'adipisicing');  
 push(@patterns, '/dolor/');  
   
 my $extracted_text = join('',extract_lines_from_text($source_text,\@patterns));  
   
 print "$extracted_text\n";  
   
 # Extract lines from text with the desired patterns  
 sub extract_lines_from_text {  
   
      my ($text, $patterns) = @_;  
   
      my @data;  
      my @lines = split("\n",$text);  
   
      foreach my $line (@lines){  
           foreach my $pattern (@{$patterns}){  
                if ($pattern =~ /^\/(.+)\/$/){  
                     if ($line =~ /$1/){  
                          push(@data,$line);  
                          last;  
                     }  
                } else {  
                     if ($line =~ /\Q$pattern\E/){  
                          push(@data,$line);  
                          last;  
                     }  
                }  
           }  
      }  
   
      return @data;  
   
 }