Искусственный интеллект поможет построить карту химического пространства — Naked Science
19.03.2019
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.
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.
Вчера, 06:30
Мария Азарова

Ученые проверили содержание побочных продуктов дезинфекции в чае, который заваривали водопроводной или наночистой водой с хлором. Уровни этих соединений в напитке были ниже, чем в самой воде, однако большинство из них оказались неизвестны исследователям — как и их воздействие на здоровье человека.

Вчера, 14:35
Алиса Гаджиева

Ученые из Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН обнаружили городище Шилкинской системы.

Позавчера, 15:14
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

Вчера, 06:30
Мария Азарова

Ученые проверили содержание побочных продуктов дезинфекции в чае, который заваривали водопроводной или наночистой водой с хлором. Уровни этих соединений в напитке были ниже, чем в самой воде, однако большинство из них оказались неизвестны исследователям — как и их воздействие на здоровье человека.

13 сентября
Сергей Васильев

Европейские биологи обнаружили, что лекарства могут накапливаться в клетках кишечной микрофлоры, меняя количество и сроки попадания препарата в организм человека.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

17 августа
Александр Березин

Наши леса вновь горят, сообщают СМИ. На вид все ясно: лес гибнет и скоро погибнет окончательно. Если бы не одно «но»: согласно научным работам в рецензируемых журналах, биомасса наших лесов за 26 лет выросла почти на 39%. А это совершенно немыслимый, рекордный прирост — что, конечно, не отменяет ущерб от пожаров для населенных пунктов. Кому верить: дыму пожаров со страниц СМИ или ученым? И почему борьба властей с пожарами, скорее всего, сделает ситуацию еще хуже? Попробуем разобраться.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: