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Reproducibility of Free Energy Calculations across Different Molecular Simulation Software Packages
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2018-10-05 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jctc.8b00544 Hannes H. Loeffler 1 , Stefano Bosisio 2 , Guilherme Duarte Ramos Matos 3 , Donghyuk Suh 4 , Benoit Roux 4 , David L. Mobley 5 , Julien Michel 2
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2018-10-05 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jctc.8b00544 Hannes H. Loeffler 1 , Stefano Bosisio 2 , Guilherme Duarte Ramos Matos 3 , Donghyuk Suh 4 , Benoit Roux 4 , David L. Mobley 5 , Julien Michel 2
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Alchemical free energy calculations are an increasingly important modern simulation technique to calculate free energy changes on binding or solvation. Contemporary molecular simulation software such as AMBER, CHARMM, GROMACS, and SOMD include support for the method. Implementation details vary among those codes, but users expect reliability and reproducibility, i.e., for a given molecular model and set of force field parameters, comparable free energy differences should be obtained within statistical bounds regardless of the code used. Relative alchemical free energy (RAFE) simulation is increasingly used to support molecule discovery projects, yet the reproducibility of the methodology has been less well tested than its absolute counterpart. Here we present RAFE calculations of hydration free energies for a set of small organic molecules and demonstrate that free energies can be reproduced to within about 0.2 kcal/mol with the aforementioned codes. Absolute alchemical free energy simulations have been carried out as a reference. Achieving this level of reproducibility requires considerable attention to detail and package-specific simulation protocols, and no universally applicable protocol emerges. The benchmarks and protocols reported here should be useful for the community to validate new and future versions of software for free energy calculations.
中文翻译：
跨不同分子模拟软件包的自由能计算的可重复性
炼金术中的自由能计算是一种越来越重要的现代模拟技术，用于计算结合或溶剂化时的自由能变化。当代分子模拟软件（例如AMBER，CHARMM，GROMACS和SOMD）支持该方法。这些代码的实现细节各不相同，但是用户期望可靠性和可重复性，即，对于给定的分子模型和力场参数集，无论使用哪种代码，都应在统计范围内获得可比较的自由能差。相对的炼金术自由能（RAFE）模拟越来越多地用于支持分子发现项目，但是该方法的可重复性尚未比其绝对对等方法进行充分的测试。在这里，我们介绍了一组小有机分子的水合自由能的RAFE计算，并证明了使用上述代码可以将自由能再生到约0.2 kcal / mol之内。绝对的炼金术自由能模拟已作为参考。要达到这种水平的可重复性，需要对细节和特定于包装的仿真协议给予足够的关注，并且没有普遍适用的协议出现。此处报告的基准和协议对于社区验证免费能源计算的软件的新版本和将来版本应该是有用的。
更新日期：2018-10-05
中文翻译：
跨不同分子模拟软件包的自由能计算的可重复性
炼金术中的自由能计算是一种越来越重要的现代模拟技术，用于计算结合或溶剂化时的自由能变化。当代分子模拟软件（例如AMBER，CHARMM，GROMACS和SOMD）支持该方法。这些代码的实现细节各不相同，但是用户期望可靠性和可重复性，即，对于给定的分子模型和力场参数集，无论使用哪种代码，都应在统计范围内获得可比较的自由能差。相对的炼金术自由能（RAFE）模拟越来越多地用于支持分子发现项目，但是该方法的可重复性尚未比其绝对对等方法进行充分的测试。在这里，我们介绍了一组小有机分子的水合自由能的RAFE计算，并证明了使用上述代码可以将自由能再生到约0.2 kcal / mol之内。绝对的炼金术自由能模拟已作为参考。要达到这种水平的可重复性，需要对细节和特定于包装的仿真协议给予足够的关注，并且没有普遍适用的协议出现。此处报告的基准和协议对于社区验证免费能源计算的软件的新版本和将来版本应该是有用的。
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