Створена програма, яка вираховує властивості молекул складних хімічних сполук


Акції та знижки відомих брендів
 

Акції та знижки відомих брендів! Детальніше...


Вчені із московського фізико-технічного інституту разом із колегами із дослідницького центру Inria, Гренобль, Франція розробили програмне забезпечення під назвою Knodle. Цей пакет програм шляхом аналізу атомарного складу, конфігурації хімічних зв’язків між атомами та функціональних атомарних груп може із великою точністю розрахувати властивості молекули, що аналізується. Використання такого роду програмного забезпечення допоможе значною мірою скоротити час, що витрачається на один із етапів процесу розробки нових хімічних реагентів та лікарських препаратів.

Уявіть собі, що для вас потрібно створити новий лікарський препарат. Завдяки певним хімічним та фізичним властивостям складових цього препарату, він повинен після введення в тіло людини діяти лише на причину певного захворювання. На молекулярному рівні джерелом захворювання є не що інше як білки певного складу або ланцюжки молекул ДНК. Наприклад, при виготовлені противірусних препаратів цілями для ліків являються частини вірусної ДНК, яку віруси вбудовують у ДНК клітин людини. Препарат повинен зробити неможливим вбудовування вірусної ДНК у ДНК клітин людини. Тому при ефективній дії такого препарату вірус, попавши у тіло людини, просто загине.

Для розробки лікарських препаратів вчені зазвичай використовують величезні бази даних властивостей різних хімічних з’єднань та програмне забезпечення, що шукає «Голку в копиці сіна». Також вчені ще використовують фізичні, хімічні та квантово-механічні принципи для обрахунку місць в молекулах білків та ДНК, які притягують до себе захворювання. Зазвичай інформація, що зберігається у використовуваних вченими базах даних, містить у собі властивості та форми деяких хімічних зв’язків. Тому програма Knodle, що приступає до роботи дозволяє значно звузити коло пошуку від сотень до тисячі разів. Тому така програма дозволяє набагато швидше знайти потрібні інгредієнти, що будуть використовуватися для створення нової речовини.

Пригадуючи шкільні курси хімії зразу ж попадають в яву шарики, що зв’язані тонкими проводками — це молекули хімічних з’єднань. Насправді у молекул не має ніяких проводів, атоми в молекулах зв’язуються за допомогою розділення електронів, які коряться вже не законам звичайної фізики, а законам квантової механіки. Подивившись на структуру молекули досвідчений хімік відразу ж на око визначить структуру атомних зв’язків, але для того, щоб вирахувати хімічні властивості цієї молекули, йому потрібно буде декілька годин та інформація із різних довідників. У деяких випадках для хіміків потрібно набагато менше часу, тому що вони уже раніше мали справу із сотнями схожих речовин і вони вже на інтуїтивному рівні знають властивості даного хімічного з’єднання. Все це ведеться до того, що саме цю «інтуїцію» надали для новоствореної програми Knodle її розробники — Марія Кадукова з МФТІ і Сергій Грудінін з центру Inria.

Наукову інтуїцію програма отримала за рахунок використання технології глибинного машинного вивчення, яка являється самим ефективним на сьогоднішній день засобом навчання комп’ютера простим речам. Ще програма Knodle  використовує алгоритм nonlinear support vector machines (SVM), який досить часто використовується у програмах рукописного розпізнавання тексту та зображень. Але на вхід цих алгоритмів замість тексту чи зображень, для програми передається інформація про атоми та молекули, їх відносному розміщенні та хімічних зв’язках, з’єднуючи все це в єдине ціле.

Захисти свій комп’ютер та смартфон

ESET NOD32

Щоб програму якісно навчити вчені використовували велику кількість прикладів. До них відноситься інформація по 7605 хімічних елементах із відомою структурою та властивостями. Тому це і є головною відмінністю та перевагою програми Knodle від схожих та подібних їй програм. Програма демонструє погрішність в розрахунках на рівні 3,9 відсотків. А найближчий її конкурент робить вже 4,7 відсотки таких погрішностей. До того ж цей пакет програ
м може орієнтуватися на виконані певного завдання. Тому цілком можливо, що Knodle стане тим програмним забезпеченням, яке буде сприяти знаходженню методів лікування захворювань, що раніше вважалися невиліковними.

Джерело





Залишити відповідь