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.
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.
2 часа назад
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 13:14
2 минуты
Sergei Sobol

Прошло уже 20 лет с тех пор, как увидела свет представленная в начале нового тысячелетия Audi TT Quattro. За этот достаточно большой срок мы стали свидетелями масштабного культурного сдвига. Так что сегодня настал идеальный момент для переосмысления визуального образа культового автомобиля. В конце концов, телефоны в 2000 году выглядели совершенно иначе по сравнению с сегодняшними, верно? Так почему автомобили должны оставаться прежними?

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

Вчера, 13:59
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Великобритании выяснили, что вегетарианцы имеют более здоровый профиль биомаркеров, чем люди, регулярно употребляющие в пищу мясные продукты. Правда, в их организме недостает и некоторых полезных веществ.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[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: