Ученые представили вековое знание органической химии на удобной визуализации
Исследователи из Сколтеха, МГУ и Университета «Сириус» предложили новый метод визуализации химических реакций. Инструмент позволяет специалисту обозреть глобальное пространство реакций, чтобы найти новые или более эффективные пути синтеза органических соединений. Для этого нейросетевой метод проецирует химические реакции на плоскость в виде точек, группируя их по сходству.
Статья опубликована в журнале ACS Omega. Химики постоянно ищут новые пути синтеза ценных органических соединений: лекарств, пестицидов, топливных присадок, красителей и пигментов, материалов органических светодиодов и так далее. Поскольку любое органическое соединение можно получить массой способов, химикам-органикам и медицинским химикам приходится перебирать большие базы реакций, где на одно вещество могут быть приведены сотни известных путей синтеза. Человеческое восприятие плохо приспособлено для такой работы.
«Химик просматривает выдачу на поисковый запрос к базе данных и группирует реакции похожего вида, получая таким образом представление о структуре пространства синтеза, но для этого нужна мощная химическая интуиция, и все равно есть риск субъективной оценки», — объясняет руководитель исследования Сергей Соснин из Сколтеха.
Вместе с соавторами работы он упростил и стандартизировал описанный процесс. Они нашли способ выделять «сущность» химических реакций и наносить их на график, облегчая анализ. «Намного удобнее смотреть на картинку, а не на длинный список реакций. А визуализируем мы реакции на основании того, какие у них исходные соединения и продукты», — добавляет Соснин.
Предложенный метод преобразовывает каждую молекулу в численное представление (бинарный вектор). Затем алгоритм извлекает сущность реакции путем вычитания векторов исходных веществ из векторов продуктов. «Получается вектор, который в каком-то смысле соответствует тому, что в ходе реакции изменилось. При этом он не зависит от конкретных реагирующих веществ, — рассказывает Соснин. — Поэтому данный вектор является прозрачным и эффективным представлением реакции».
Единственная проблема с векторами реакций состоит в том, что для человека они абсолютно невразумительны, если вы, конечно, не приучены мыслить в 1024 измерениях. «Мы визуализируем эти векторы, недоступные прямому восприятию, при помощи подхода под названием параметрический t-SNE, — прокомментировал исследователь. — Нейросеть проецирует каждый многомерный вектор на плоскость как точку с некоторыми координатами».
Представления химических реакций, спроецированные на плоскость в виде точек, которые группируются интуитивно понятным образом / ©Михаил Андронов и др. / ACS Omegа
На таком рисунке химик видит стандартные типы реакций, представленные скоплениями точек, например теми, которые выделены тремя пронумерованными ромбами. Допустим, вас интересуют пути синтеза дарунавира (фиолетовые круги) — антиретровирусного лекарства против ВИЧ и для профилактики СПИД — или лекарства от астмы монтелукаста (серые круги). По визуализации можно понять, какие типы реакций в первую очередь используются для получения этих веществ, а какие почему-то используются редко или вовсе не применяются, быть может, вопреки интуитивным ожиданиям специалиста.
Коллектив подчеркивает объективность такой визуализации. Она чем-то похожа на классификацию животных только по ДНК, без какого бы то ни было внимания к их внешнему облику. Подобно тому, как оказывается, что сокол — более близкий родственник попугаю и воробью, чем ястребу и орлу; химические реакции тоже порой раскрывают свою сущность, которая идет вразрез с интуицией.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно