Програма Knodle дозволяє з високою точністю передбачити хімічні властивості молекул

29 Views Comment Off

Міжнародна група вчених, розробила пакет програмного забезпечення під назвою Knodle. Цей пакет шляхом аналізу атомарного складу, конфігурації хімічних зв’язків між атомами і функціональних атомарних груп може з великою точністю розрахувати хімічні властивості аналізованої молекули.

Припустімо, що вам потрібно створити новий лікарський препарат. Завдяки певним хімічним і фізичним властивостям інгредієнтів цього препарату він після введення в тіло людини повинен впливати тільки на джерело певного захворювання. На молекулярному рівні ці джерела є білками певних типів або певними ланцюжками молекул ДНК. Наприклад, в разі розробки противірусних препаратів такими цілями є ділянки вірусної ДНК, яку віруси вбудовують в ДНК клітин людини. Препарат повинен унеможливити впровадження в ДНК людини вірусної ДНК і при його ефективному дії вірусна інфекція просто загине.

Для розробки лікарських препаратів вчені зазвичай використовують величезну базу даних властивостей різних хімічних сполук і програмне забезпечення, вишукувати “голку в стозі сіна”. Крім цього, вчені використовують деякі хімічні, фізичні і квантово-механічні принципи для обчислення місць в молекулах білків і ДНК, які “залучають” до себе джерела різних захворювань. Зазвичай в використовуваних вченими базах зберігається інформація про форму та деякі хімічні властивості молекул, але для більш точного пошуку відповідників потрібно також знання атомарного складу і структури хімічних зв’язків. І тут в справу вступає програма Knodle, яка дозволяє звузити області пошуків від сотень до сотень тисяч разів. І цілком природно, що це дозволяє знайти необхідні для нового лікарського препарату інгредієнти набагато швидше.

Завдяки шкільним урокам хімії всі звикли розглядати молекули хімічних сполук як кульки, пов’язані тонкими дротиками. Але насправді в молекулах немає ніяких дротів, атоми в молекулах зв’язуються шляхом поділу електронів, які коряться вже не законам звичайної фізики, а законам квантової механіки. Дивлячись на структуру простої молекули, досвідчений хімік на око визначає структуру атомарних зв’язків, але для того, щоб обчислити хімічні властивості цієї молекули, йому буде потрібно кілька годин і інформацію з різних довідників. У деяких випадках вченим-хімікам потрібно менший час з-за того, що їм раніше вже доводилося мати справу з сотнями подібних речовин, і вони на інтуїтивному рівні знають властивості даної хімічної сполуки. Саме цю “інтуїцію” передали комп’ютерній програмі Knodle її розробники, Марія Кадукова з МФТІ і Сергій Грудінін з центру Inria.

Наукову “інтуїцію” програма знайшла за рахунок використання технології глибинного машинного вивчення, яка є найефективнішим на сьогоднішній день засобом навчання комп’ютера простим речам. Крім цього, програма Knodle використовує алгоритм nonlinear support vector machines (SVM), який широко використовується в системах розпізнавання рукописного тексту і зображень. Але на вхід цих алгоритмів подаються не зображення, а інформація про атоми молекул, їх відносне розташування і про хімічні зв’язки, що з’єднують це все в єдине ціле.

Процес якісного навчання потребує досить великої кількості прикладів і вчені використовували для цього інформацію про 7605 хімічних речовинах, що мають відому структуру і їхні властивості. “Це є головною відмінністю і перевагою програми Knodle перед іншими подібними програмами. Наша програма демонструє похибка в розрахунках на рівні 3.9 відсотків, в той час, як найближчий конкурент забезпечує погрішність на рівні 4.7 відсотка” – розповідає Марія Кадукова, – “Крім цього наш пакет програм може бути легко орієнтований на виконання будь-якої конкретної задачі. І, хочеться сподіватися, що наша робота буде сприяти знаходженню методів лікування захворювань, які раніше вважалися невиліковними”.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404