Искусственный интеллект поможет построить карту химического пространства — Naked Science
6 минут
Сколтех

Искусственный интеллект поможет построить карту химического пространства

Исследователи из Сколтеха и Мюнхенского центра имени Гельмгольца создали нейронную сеть для визуализации химического пространства соединений, представляющих интерес для фармацевтики.

©Wikipedia

Ученые из Сколтеха (Центр научных и инженерных вычислительных технологий для задач с большими массивами данных) и Мюнхенского центра имени Гельмгольца по исследованию окружающей среды и здоровья (HMGU, Германия) создали нейронную сеть для визуализации химического пространства соединений, которые представляют интерес для фармацевтики.

Разработанный метод поможет создавать новые химические соединения и ориентироваться в пространстве уже имеющихся. Результаты исследования опубликованы в журнале RSC Advances.

Перед химиками часто возникает задача проанализировать огромные базы данных, содержащие десятки и сотни тысяч химических структур, и отобрать среди них наиболее перспективные.

Для этого химик должен понимать, какие классы соединений есть в базе данных. Однако пролистать многотысячный список молекул — занятие тяжелое и в общем неблагодарное.

Хорошая идея — разместить молекулы в виде точек на плоскости или в пространстве так, чтобы похожие молекулы оказались рядом.

Тогда появляется возможность изучать химическое пространство при помощи простой программы — наподобие того, как географ может изучать ландшафт при помощи электронных карт на разных масштабах: для общего понимания ситуации и детального анализа отдельных участков.

Однако как добиться того, чтобы алгоритм сам распределил молекулы в нужных местах на плоскости, не закладывая в программу знания о химии?

Совместная группа исследователей из центра Сколтеха CDISE (Дмитрий Карлов, Сергей Соснин и Максим Федоров) и Мюнхенского центра имени Гельмгольца (Игорь Тетко. HMGU) использовали методы искусственного интеллекта, которые позволяют извлекать информацию непосредственно из данных.

Ученые «скрестили» популярный метод снижения размерности t-SNE с глубокой нейронной сетью.

Это позволило создать нейронную сеть, которая, получив (многомерную) структуру интересующего соединения на вход, генерирует координаты этого соединения в наглядном двумерном виде на некой плоскости.

При этом молекулы со схожими свойствами оказываются расположены рядом, что позволяет группировать соединения по классам, соответствующим тому или иному свойству.

Авторы исследования обучили нейросеть на миллионах соединений с известной биологической активностью.

«Мы адаптировали метод t-SNE для визуализации химического пространства фармацевтически интересных соединений, натренировав глубокую нейросеть и выбрав удобные дескрипторы, а также метрику для расчета расстояний в многомерном пространстве.

Мы также показали, что этот подход позволяет сохранить больше информации по сравнению с некоторыми другими методами снижения размерности, а скорость работы сравнима со скоростью работы метода главных компонент», — рассказывает научный сотрудник Сколтеха и первый автор исследования Дмитрий Карлов.

Ученые планируют в дальнейшем создать ряд программ для химиков и фармацевтов, которые позволят исследователям посмотреть, как распределены новые, неизученные соединения относительно уже изученных и описанных в литературе. Это поможет быстрее выполнять R&D-фазу исследований при поиске новых лекарств.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
169 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
4 часа назад
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

6 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

Позавчера, 21:06
5 минут
Мария Кривоченко

Им удалось найти среду, где вырабатываются новые костные и иммунные клетки. Оказалось, для поддержания этой среды необходимо постоянное движение, например регулярные тренировки.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

22 февраля
5 минут
Илья Ведмеденко

Новое видео демонстрирует использование новейшего российского разведывательно-ударного БПЛА «Орион» на территории Сирии. Ранее этот комплекс приняли на вооружение.

27 января
6 минут
Василий Парфенов

Интересным наблюдением поделились сотрудники Чернобыльского радиационно-экологического биосферного заповедника. Они уже более трех лет следят за жизнью стада одичавших коров, поведение которого сильно отличается от того, что можно наблюдать у домашних сельскохозяйственных животных.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: