科学家绘制了所有可能的类药物化合物的图谱

药物开发人员可能有一种新工具来寻找更有效的药物和新材料。

It’是一种计算机算法,可以对化学家可以在实验室中可行创建的轻质含碳分子的整个集合进行建模和分类。

小分子宇宙具有超过10 ^ 60(即’s 1后有60个零)化学结构。杜克大学化学家大卫·贝拉坦(David Beratan)说,’的问题在这个化学空间中都有分子解决方案’一种治疗疾病的方法或一种捕获阳光的新材料。

但是,他说“小分子宇宙的大小是天文数字。当我们寻找新的分子溶液时,我们会迷路。我们不’不知道看哪种方式。”

为了给合成化学家们提供更好的分子搜索指南,Beratan和他的同事—杜克大学化学家杨卫涛,博士后研究员亚伦·维尔舒普和朱莉娅·孔特雷拉斯·加西亚以及匹兹堡大学化学家彼得·威普夫—设计了一种新的计算机算法来映射小分子宇宙。

该地图是由美国国立卫生研究院P50中心拨款开发的,它告诉科学家化学空间未探索的区域在哪里以及如何建造到达那里的结构。一篇描述算法和地图的论文于4月在线发表在 美国化学学会杂志.

该图对化学家有帮助,因为他们尚无工具,时间或金钱来合成小分子宇宙中的所有10 ^ 60种化合物。合成化学家一次只能制造几百或几千个分子,因此他们必须仔细选择要制造的化合物。

贝拉丹说,科学家们已经有了一个数字图书馆,描述了在小分子宇宙中发现的大约十亿个分子,并且他们已经在人类历史上合成了大约一亿种化合物。但是这些分子在结构上相似,来自小分子宇宙的相同区域。

It’s可能拥有世界某些地区分子解决方案的未开发区域’贝拉坦说,这是最令人头疼的挑战。

科学家绘制了所有可能的类药物化合物的图谱为了增加多样性并探索化学空间的新领域,Aaron Virshup开发了一种计算机算法,该算法建立了一个虚拟的库,该库包含900万个分子,其中的化合物代表小分子宇宙的每个区域。

“这个想法是从一个简单的分子开始并随机改变,所以您添加一个碳,将一个双键更改为一个单键,再添加一个氮。一遍又一遍地做,您可以找到您能想到的任何分子,” Virshup said.

他对新算法进行了编程,以使其对苯的结构进行小的随机化学变化,然后根据它们在小分子宇宙图中适合的位置对它创建的新分子进行分类。 Virshup说,挑战来自于确定化学家可以在实验室中实际产生的新化合物。

Virshup发送了他的算法初稿’s分子是合成化学家的新分子,用红色墨水在其上涂写,以表明它们是合成不稳定的还是不现实的。然后,他将批评变成了算法必须遵循的规则,这样就不会再产生这些类型的化合物。

“这些规则使我们避免在化学领域迷路,” he said.

经过十次迭代,该算法最终产生了900万个可合成分子,它们代表了小分子宇宙的每个区域,并且产生了一张地图,显示了科学家尚未合成任何化合物的化学空间区域。

“借助该图,我们可以告诉化学家,如果您可以在这个空间区域内合成新分子,那么您就制造了一种新型化合物,” Virshup said. “It’是一个知识产权问题。如果你’在我们的小分子图上的空白处,’保证做出不属于自己的东西’t patented yet,” he said.

该团队已在线提供了该算法的源代码。研究人员说,他们希望科学家将使用它来立即开始挖掘小分子宇宙中未探索的区域,以寻找新的化学化合物。



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