MSformer:一种基于元结构的可解释框架,用于对自然产品的表示学习
Bingjie Zhu1,2, Jie Liao1,2,3, Huihui Liu1,2
1College of Pharmaceutical Sciences, Zhejiang University, 310058 Hangzhou, China.
新的人工智能模型MSformer使用称为元结构的分子碎片解码复杂的自然产品 (NP). 这种方法通过在大自然的广化学空间中导航来加速药物发现.
科学领域:
- 计算化学是一种计算化学.
- 人工智能在药物发现中的作用
- 自然产品化学 自然产品化学
背景情况:
- 自然产品 (NPs) 对于药物发现至关重要,但由于结构复杂性和AI分析数据有限,它们面临着挑战.
- 现有的AI模型与NP的独特化学空间作斗争,阻碍了它们的潜力.
- 需要一种新的方法来有效地利用NP数据用于药物发现.
研究的目的:
- 开发一种AI架构,MSformer,能够系统地编码自然产品的化学空间.
- 通过独特的预培训策略,克服NP药物发现中的数据稀缺问题.
- 增强基于NP的药物发现人工智能模型的可解释性和预测能力.
主要方法:
- 开发了MSformer,一种基于变压器的架构,利用分子碎片 (元结构) 来进行NP编码.
- 通过使用质谱学启发的算法,通过破碎40万个NP生成2.34亿个元结构.
- 预先训练的MSformer仅在这个有限的NP数据集上进行训练,而不是在广泛的化学数据库上训练的模型.
主要成果:
- 在MoleculeNet和Therapeutics Data Commons数据集中的14个任务中,MSformer表现出卓越的性能,超过了最先进的模型.
- 该模型在预测NP属性方面表现出极好的概括性.
- 层次解释性揭示了特定任务的结构决定因素,并使批准药物的分解成为生物活性碎片成为可能.
结论:
- 通过整合领域知识和深度学习,MSformer为基于天然产品的药物发现提供了一个变革性的范式.
- 该模型提供了一个可扩展的框架,用于探索大自然的化学库,并识别生物活性候选物.
- 这种方法解决了人工智能驱动的NP药物发现中关键的数据稀缺性和结构复杂性的挑战.
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