AmberTools15の主な新機能
  • 新しい核酸向け一般化ボルン溶媒パラメーター
  • 新しい「OPC」実水溶媒モデル
  • 新しい単原子イオン用パラメーター
  • sanderおよびmdgx向けAPIの作成。これにより、サードパーティ製のプログラムから、sanderやmdgxの機能にアクセスできるようになります。
  • PBSAとFEW(Free Energy Workflow)において、仮想膜モデルをサポート
  • 仮想膜系のための周期線形PB計算におけるスケーラブル・マルチグリッド・アルゴリズム
  • 系の構築と確認における作業の流れを改良
  • 「ParmEd」の多数の改良および解析の大幅な高速化
  • chamber -> ParmEd、CHARMM力場のより良いサポート(特にNBFIX)
  • 「pdb4amber」コマンドの強化(例:「reduce」の呼び出しや自動互変異性体IDの設定など)
  • pymsmt:金属錯体のモデリングを行うMCPB.py
  • 核酸パラメーターGBneck2の最適化
  • 三価および四価の金属イオンパラメーター、および12-6-4一価イオンパラメーターの追加
  • 「sander」コードのクリーンアップ
  • 「gbnsr6」プログラム:改良GBモデルで一点計算を行う
  • 「clang」コンパイラーおよび「dragonegg」GCCプラグインのサポート
  • 「SQM」プログラムおよび「Antechamber」による電荷フィッティングのスピードアップ
  • トラジェクトリー解析を行うcpptrajプログラムの主な新機能、改良点
    • energy:単純なエネルギー計算(imin=5, PME無しよりも高速)必要な項だけ計算可能
    • areapermol:分子毎の面積計算(チュートリアルのA16参照)
    • checkchirality:アミノ酸のキラリティをチェック
    • multivector:複数のベクトル(全てのN-Hベクトルなど)の計算
    • replicatecell:単位格子を、好きな方向あるいは全方向に複製
    • volume:単位格子の体積を計算
    • minimage:原子IDに対する、一番近くの単位格子(原子群あるいは重心)までの距離
    • vector minimage:2点間の最小ベクトル(距離と同等)
    • pytraj:「cpptrajコマンド」のPythonバインディング(condaパッケージ・マネジャー経由)
    • クラスター解析:k平均法、対称RMSD指標、擬似F比、シルエット値
    • データセット間で、幾つかの数学的な操作が可能に(D0 = D1 + 2.3など)
    • 対照構造を操作可能に(例えば、対照構造を読み込んだ後に、原点に中心を移動するなど)
    • 非線形カーブ・フィッティング
    • 「hbond」コマンドでの距離と角度でのイメージング
    • 非直行グリッド、密度によるグリッドの正規化
    • 「nativecontacts」コマンドの、時系列での生成を含む大幅な改良
    • 複数の座標セットの統合(本質的に、stripの逆の操作)
    • 「atommap」および「symmrmsd」コマンドの改良
インテル (R) Xeon Phi (TM) が正式にサポート(2014/8/6)
最新のAmber 14のアップデートで、インテル (R) Xeon Phi (TM) コプロセッサーが正式にサポートされました。このアップデートにより、PMEMDのコンパイルを、MICネイティヴおよびMICオフロードの両モードで実行できます。ネイティヴ・モードのPMEMDは、Xeon Phiカード上で全て実行されます。一方オフロード・モードでは、Xeon Phiカードをコプロセッサーとして用い、通常のPMEシミュレーションの直接和の計算をXeon Phiへ割り当てます。
Amber14とAmberTools14の新機能(2014/4/16)

【 力場 】

  • 新しい2つの固定電荷タンパク質力場を追加しました: ff14SBおよびff14ipq
  • 新しい脂質力場を追加しました: Lipid14
  • 核酸と糖の力場を更新しました。
  • 「chamber」を使用したCHARMM力場とVMDで作成したトポロジーファイルのサポートが改良されました。
  • 「paramfit」コマンドで線形最小二乗法による二面角項のフィッティングができるようになりました。
  • 「sander」および「pmemd」で、新しい二価金属イオンパラメーターと12-6-4 Lennard-Jonesポテンシャルを使用できるようになりました。
  • 「Amber」パラメーターファイルを検査したり修正したりするために、新しい解説とツールが用意されました。

【溶媒モデル】

  • 仮想溶媒および実溶媒中の定pH計算が、「sander」「pmemd」でサポートされました。
  • 定pHシミュレーションの結果を解析する、改良されたツールが追加されました。
  • 「sander」「pmemd」での定pHレプリカ交換MD計算が実装されました。
  • 「3D-RISM」分子動力学法が、「sander」で使用できるようになりました。

【自由エネルギー計算】

  • 「EMIL」:TI法を利用した自由エネルギー値を求める手法が導入されました。
  • 新規の自由エネルギー・ワークフローツール(FEW)により、LIE, TI, MM/PBSAタイプの自由エネルギー計算を自動化できます。
  • 「ante-MMPBSA.py」コマンドにおいて、chamber形式のトポロジーファイルをサポートしました。

【計算手法】

  • 計算手法が拡張しました:ハミルトニアン・モデルの変更、原子が出現あるいは消滅していく際のより良い手法、レプリカ交換シミュレーションとの統合の強化
  • 「pmemd」でEMAPとSGLDが利用できるようになりました。
  • 多次元REMD計算を、「sander」「pmemd」「pmemd.cuda」で実行できるようになりました。
  • scaled分子動力学法が使用できるようになりました。
  • 新しく、半経験的Born-Oppenheimer分子動力学(SEBOMD)の機能が追加されました。
  • シミュレーションにおいて拘束および固定あるいは部分固定グループをサポートするために、電子密度マップ(cryo EM/ET測定などから)を使用する新機能が加わりました。
  • 水素原子量を再分配する機能が「ParmEd」コマンドによりサポートされました。
  • 柔軟な自由度に沿ったサンプリングを効率化させるため、「self-guided Langevin dynamics」と「accelerated molecular dynamics」のオプションを改善しました。

【QM/MM】

  • 連携している外部の量子化学計算プログラムの、量子モデルのタイプを拡張しました。
  • 適応量子領域を設定できるようになりました。
  • Adaptive buffered force-mixingの手法を使用できます。

【cpptraj】

  • トラジェクトリー解析を行う「cpptraj」コマンドの機能の、大幅な強化が行われました。
  • 「cpptraj」コマンドの機能を大幅に強化し、GIST(Grid Inhomogeneous Solvent Theory)などをサポートしました。

【GPGPU】

  • 最新のKepler, Titan, GTX7xxのGPUのサポートが追加されました。
  • 「ParmEd」が、GPU上でOpenMMを用いて、分子動力学計算を行えるようになりました。
  • 「pmemd.cuda」の速度が向上し、さらに並列実行時における効率を大幅に向上しました。可能な場合、ピアツーピアのGPU並列化を行います。

【その他】

  • 「sander」の多くの機能を「pmemd」のCPUおよびGPUの機能に追加しました:
    • 計算速度の高速化
    • 外部電荷のサポート
    • 多次元レプリカ交換法
    • Monte Carlo圧調節
    • ScaledMD
    • Jarzynskiサンプリング
    • 実溶媒中の定pH
    • GBSA
    • 水素原子量の再分割
  • 「sander」が、「AmberTools」の一部となりました。
  • シミュレーションの設定や解析を行うワークフローを改善しました。
  • バンドルのNetCDFがバージョン4へアップデートされました。
  • 結晶格子シミュレーション用の新しい解析ツールが含まれています。
  • シェルの環境を正しく設定するための、新しい環境リソース設定スクリプトが導入されました。
  • 力のトラジェクトリーを出力できるようになりました。
AMBER Tools 13の主な新機能
  • トラジェクトリー解析を行う「cpptraj」の機能を大幅に拡張および改良を行いました。
  • 「PBSA」計算で、新しいソルバーや誘電体モデルなどのオプションが新たに利用可能となりました。
  • MM-PBSA計算を行うプログラムのPythonバージョンの「MMPBSA.py」がアップデートされ、NABより2つの新しいGBモデルを使用してアクセスできるようになりました。
  • Amberパラメーターファイルを点検したり修正するための新しいツールが追加されました。
AMBER 12の新機能

Amber 12 は前バージョンのAmber 11 から、大幅な変更がなされています。主な違いは、以下のとおりです。
【 力場 】

  • 新しい固定電荷パラメーターff12SBが導入され、分極性ポテンシャルのサポートが強化されました。
  • 新しい分子脂質力場Lipid11が導入されました。他のAMBER力場と互換性がありますので、組み合わせて利用できます。

【溶媒モデル】

  • 数値的なPoisson-Boltzmann溶媒和計算のオプションが拡張されました。膜系や周期系のモデルがサポートされています。
  • Kovalenko-HirataらのClosure近似による3D-RISM積分方程式モデルが強化され、水性電解質のより良い処理ができるようになりました。

【自由エネルギー計算】

  • 自由エネルギーを計算する手法が拡張されました。ハミルトニアンモデルの変更や、出現及び消滅する原子群を扱うより良い手法が利用できます。また、レプリカ交換シミュレーションとの統合も、より強化されました。

【計算手法】

  • Self-guided Langevin dynamicsaccelerated molecular dynamicsのアイデアを改良し、柔軟な自由度に沿ったサンプリングを高速化しました。
  • cryo EM/ET実験などで得られる電子密度マップを、拘束条件として利用できるようになり、そのシミュレーション中でグループを固定したり一部を自由にしたりできるようになりました。

【QM/MM】

  • 半経験的量子計算において、AM1/dとPM6ハミルトニアンモデルを使用して、d軌道も扱えるようになりました。
  • 様々な外部の量子化学計算プログラムと連携して、QM/MM計算を行えるようになりました。これにより、使用できる量子モデルのタイプが広がりました:
    • ADF
    • GAMESS-US
    • NWChem
    • Gaussian
    • Orca
    • TeraChem

【GPGPU】

  • sanderの機能がいくつかpmemdに追加され、CPUおよびGPUで使用できるようになりました。
    • 温度レプリカ交換法
    • IPS (Isotropic Periodic Sum) 法
    • Accelerated Molecular Dynamics
    • NMRoptを使用した様々なHarmonic拘束条件がGPUでサポートされました。

【その他】

  • インストールを簡易化し、自動アップデートもサポートしました。
Amber 11の新機能

【 力場 】

  • CMAPねじれポテンシャルを含む、CHARMMの電荷固定力場がサポートされました。
  • 有機分子用のgeneral Amber 力場(GAFF)がアップデートされました。

【溶媒モデル】

  • 一般化ボルン溶媒モデルパラメーターが、新たにペプチドとタンパク質用に最適化されました。
  • 数値的なPoisson-Boltzmann溶媒計算のオプションが拡張されました。
  • Kovalenko-HirataらのClosure近似による3D-RISM積分方程式モデルを利用出来るようになりました。

【自由エネルギー計算】

  • ハミルトニアンモデルを変更する方法や、出現及び消滅する原子群を扱うより良い手法を含む自由エネルギー計算の簡易化法が利用できます。
  • 配座遷移の低エネルギー経路を見つけ出すNudged Elastic Bandモデルの新しい手法が実装されました。これにより、系の一部だけや実溶媒シミュレーションなどに適用できるようになります。
  • 定pHシミュレーションとMMPB/SA自由エネルギー計算のスクリプトが改良されました。

【計算手法】

  • 極性系に対応したIsotropic Periodic Sum (IPS:等方性周期和) モデル、及びそれに加えてIPS-DFFT(IPS-離散高速フーリエ変換)が実装されました。
  • pmemdを使用したMDシミュレーションにおいて、NVIDIA GPUカードを利用できるようになりました。これにより、通常のCPUに比べ大幅なスピードアップが図れます。

【他ソフトとの連携】

  • 可視化プログラムChimeraとの連携が強化されました。
  • UCSF DOCKとの連携が強化されました。
Amber 10の新機能

【 力場 】
新しい多くのタイプの力場が、利用できるようになりました。

  • 新しい、水やイオンのモデルが利用可能です。
  • 核酸と糖のパラメーターがアップデートされてました。
  • RenとPonderによる分極性ポテンシャルAMOEBAの並列化がサポートされました。
  • 経験的原子価結合(Empirical Valence Bond, EVB)モデルが改良され、化学反応の近似ポテンシャルの構築に使用できるようになりました。

【QM/MM シミュレーション】

  • Amber 10 では、DFTB計算を周期溶媒ボックスあるいは一般化ボルン溶媒モデルを使用して行えるようになりました。
  • また計算がより速くなり、一部並列化もされています。

【適応バイアスシミュレーション】
サンプリングと自由エネルギーの収束を加速するために、適応バイアスシミュレーションを行うことができるようになりました。

【経路積分分子動力学 】

  • 原子核の動きを、ニュートンの力学方程式ではなく、量子動力学法を使用して平衡カノニカル分布をサンプリングできます。
  • 平衡と動的な同位体効果の両方を、原子量を考慮した熱動力学積分法で予測できます。
  • 速度定数を、量子インスタントンモデルで見積ることができます。
  • 近似量子時間相関関数を、Ring Polymer MDあるいはCentroid MDにより利用できます。

【クラスター解析】
新規の配座クラスター解析ツールが、ptrajにより利用できます。

【自由エネルギー】

  • 新規の自由エネルギーツールでは、1つと2つのトポロジー両方を使用する事により、タンパク質の変異変化の設定が簡略化されました。
  • ソフトコアポテンシャルの機能により、原子が現れたり消滅したりする系のサンプリングができるようになりました。その際、人為的なダミー原子を設定する必要はありません。

【 レプリカ交換法 】

  • 通常のレプリカ交換法の改良が行われています。
  • 標準のレプリカ交換法の改良に加え、非ボルツマン溶媒を用いた交換法をサポートしました。
  • 実溶媒中での大きな系に必要なレプリカの数を減らすために、混成溶媒モデルを使用できます。

【拡張された pmemd】

  • 速度と並列化効率の大幅な改良を行いました。
  • 一般化ボルン法を大幅に改良しました。
  • 非中心電荷(TIP4PやTIP5Pなど)をサポートしました。

【LMOD】
低振動基準モードに基づいた、低モード(LMOD)探索ツールが完全統合されました。

AMBER9の新機能

Amber 9 は 2004年3月にリリースされた前バージョンのAmber 8 から、大幅な変更がなされています。主な違いは、以下のとおりです。
【力場】
新しい多くのタイプの力場が、利用できるようになりました。

  1. 既存の非分極性(ff99)と分極性(ff02)タンパク用力場が、更新されました。ペプチドとタンパク質の、ねじれ角パラメーターが改良されています。
  2. 新しい United-Atom(無極性の水素原子は含まない)力場。ff03の全原子力場に似た考え方で、開発されました。
  3. General Amber Force Field(gaff)が拡張されました。これにより、計算できる分子種の範囲が、特に共役系で拡がりました。
  4. RenとPonderによるAMOEBA分極性ポテンシャルがサポートされました。
  5. 化学反応の近似ポテンシャルを構築するのに使用できる、経験的な原子価結合モデルがサポートされました。

【QM/MM シミュレーション】

  • Amber 9 では、新しい大幅に改善された QM/MM 計算を提供します。これにより、通常のMDに加え、系の一部を量子力学計算(Quantum Mechanics, QM)で扱えます。このQM/MM 機能は、気相・仮想溶媒中(GB)・周期境界条件(PME)シミュレーションに適用できます。システムのQM 部分のエネルギーと力は、MNDO, AM1, PM3, PM3/PDDG と言った半経験的手法により求められます。以前のバージョンの QM/MMと比べると、精度・エネルギー保存・パフォーマンスが改善された物になっています。
  • さらに、気相あるいは溶媒をキャップした QM/MM シミュレーションでは、MNDO/d あるいは SCC-DFTB ハミルトニアンを利用できます。数百原子からなる大きな量子力学領域を、分割統治型(divide-and-conquer)線形スケーリング法によりモデル化できます。また、半経験的波動関数から、化学シフトを計算できます。

【一般化ボルンモデル】
Amber 9 では、対分子体積補正を行う新しいモデルを提供します。これにより、分子面Poisson-Boltzmannや実際の溶媒を配置したモデルでの計算結果に対して、以前の Amber GB モデルよりも大幅に良い一致を見ます。

【最新のPoisson-Boltzmannの応用】
新しい非結合相互作用のルーチン・実際の溶媒を配置したモデルでの自由エネルギーシミュレーションから得られた新しく最適化された原子の空洞・静電ポテンシャルの改善された視覚化オプションなどが含まれます。また、分散相互作用をあらわに扱う新しい非極性溶媒モデルが含まれています。これにより、実際の溶媒中でのシミュレーションで、非極性溶媒和自由エネルギーとの相関関係が大幅に向上します。

【Nudged elastic bandシミュレーション】
複雑な転換の遷移状態を見積もることができます。Self-guided Langevin dynamics法を、配座探索を加速するのに使用できます。

【経路積分分子動力学 】
原子核の動きを、ニュートンの力学方程式ではなく、量子動力学法を使用して平衡カノニカル分布をサンプリングできます。

【自由エネルギー】
Jarzynski等式を利用して、非平衡の"targeted" あるいは "pulling" シミュレーションから、自由エネルギーを予測できます。

【レプリカ交換法】
通常のレプリカ交換法の改良が行われています。さらに、実際の溶媒を配置する大きな系で必要な、レプリカの数の軽減をするための、ハイブリッド溶媒モデルを使用する方法がサポートされています。

【実行速度や並列環境での向上】
拡張された pmemd プログラムで全体的な整備を行い、実行速度や並列環境での効率が向上しております。また、一般化ボルン法(GB)も適用できるようになりました。

【NetCDFトラジェクトリーファイル】
sander, pmemed, ptrajで、バイナリーのNetCDFトラジェクトリーファイルがサポートされました。書式付きのトラジェクトリーファイルに比べ、バイナリーのトラジェクトリーファイルはサイズが小さい上に数値の精度も高く読み書きもかなり速くなります。NetCDFはコンピューターシステム間でのファイル可搬性にも優れます。このフォーマットは、VMD 1.8.4 でもサポートされております。

AMBER8の新機能

今回リリースされたAmber 8 では、以前のバージョンAmber7から重要な変更が加えられています。主要な違いを簡単にまとめますと、以下のようになります
【力場】
新しく、4種類の力場が追加されました。

  1. ff03:タンパク質を構成する全原子について、連続溶媒環境での量子計算を基に、再パラメーター化しました。
  2. gaff(General Amber Force Field):計算可能な分子の範囲を、特に共役系に関して拡張しました。
  3. glycam04:Rob Woodsのグループにより開発された、炭水化物用の新バージョンの力場です。
  4. 半経験的なハミルトニアン(AM1あるいはPM3)で計算したエネルギーと力を系の一部に使用して、QM/MM計算が行えます。

【Generalized Bornモデル】
Poisson-Boltzmannの結果に忠実な新しいパラメーター化を行い、実行速度も向上しています。新しく、LES(Locally-Enhance Sampling)法を使用して、定pHでのシミュレーションができるようになりました。溶媒の摩擦効果をシミュレーションするために、Langevin dynamicsを使用できます。

【反応場モデル】
長距離静電効果の反応場(Poisson-Boltzmann)モデルを用い、球状の水の「殻」内に入っている酵素のような系で、非周期系シミュレーションを行えます。

【計算速度と並列化効率】
以前のバージョンに比べ、あらわに溶媒を置いた周期系の計算の、計算速度と並列化効率が大幅に向上しています。特に新しいpmemdコードが顕著です。
また、Generalized Bornシミュレーションも、特に大きな分子において、速くなっています。

【サンプリングと自由エネルギー計算】
レプリカ交換法(マルチカノニカル法)によるシミュレーションが可能になりました。平均力ポテンシャルと"thermodynamic integration"法による自由エネルギーシミュレーションの、改良された方法も利用できます。

【他のプログラムとの関係】
理化学研究所のMD-GRAPE (アクセラレータボード)を利用できます。
また、Istvan KolossvaryによるLMOD(low-mode)法を用いてドッキングとコンフォメーション解析を行えます。新しく、AMBERパッケージに半経験的量子計算プログラムと差分Poisson-Boltzmann計算プログラムが追加されました。