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用算法合成新药:一场新式卡斯帕罗夫与深蓝的巅峰对决

量子位  · 公众号  · AI  · 2017-10-06 13:14

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无论学术界还是工业界,想用计算机技术探索奥妙化学世界的大军不断增长,而Exscientia也仅是其中一员。

化学家们预测,人类可以合成10 60 种类药性分子,比太阳系中的原子还要小。他们希望芯片中的算法能把数百种硅氧化合物分类比较,帮助研究人员快速、合理地找到最佳候选药物。

不少支持者认为,这些备选方案让药物更安全,减少药物在临床试验中失败的概率,并能发现新的治疗方法,或许它们还能帮助开括未知的领域。

当然,也有不少反对的声音。很多药物化学家仍对这种“炒作”行为持怀疑态度,不相信复杂奇妙的化学反应最终能被几行代码概括出来。一些AI支持者也承认,很多尝试达不到预期效果,计算机生成的化合物有时候很难合成出来,有时候反应条件又过于苛刻,合成起来很危险。

“当研究人员不了解这个领域时,计算机生成的合成方法就不太可行了,”van Hoorn说。同时他表示,人类专家可以训练这些张扬的数字设计师。“我认为一些想法可以在计算机科学家和化学家的介入下实现。”van Hoorn说。

太空探索

想在化学宇宙中遨游,有张“地图”是必不可少的。2001年,瑞士伯尔尼大学的化学家Jean-Louis Reymond开始尽可能用电脑绘制化学空间。16年后,他他已经整理出世界上最大的小分子数据库GDB-17。这是一个巨大的化合物虚拟数据库,参与研究的原子总数多达17个,形成了1660亿个组合,刚好也是Reymond的计算机能应付的数量。“现在,用一台计算机编译数据库中的化合物列表仅需要10小时。”Reymond说。

为了弄清这些大量药物的合成起始点,Reymond想了一种方法拼凑他的化学小宇宙。他从元素周期表中获取灵感,将化合物聚集在一个多维空间中,结构相似的化合物也会挨在一起。化合物的位置是根据42个特征分配的,比如每个分子中的碳原子数量。

每种进入市场的药物,都有数百万种在结构上与之相似的化合物,可能只是一个氢键或双键的位置变化。其中一些可能比进入市场的药物效果更好,但化学家们不可能完全构想出所有同分异构体。

“你不可能用一支笔和一张纸来对付这些异构体。”Reymond说。

有一种方法帮助解决这个难题,Reymond和他的团队能通过寻找化合物间的相似点识别出有治疗前景的“近邻”。通过一种特殊的药物作为起始合成点,研究人员可在3分钟内对数据库中所有1660亿种化合物进行梳理,筛选出可以合成药物的最佳备选结构。







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