生物信息算法在现代生物制药设计中的作用:进展,挑战和未来的前景
Mohammad Mostafa Pourseif1,2,3,4, Seyed Ali Baradaran Hosseini1,5, Seyed Hossein Khoshraftar1,6
1Research Center for Pharmaceutical Nanotechnology, Biomedicine Institute, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran.
人工智能 (AI),机器学习 (ML) 和深度学习 (DL) 正通过加速蛋白质结构和功能预测来改变药物发现. 这些先进的生物信息学方法简化了生物制药开发,尽管数据和可解释性仍然存在挑战.
科学领域:
- 计算生物学和生物信息学
- 药物的发现和开发.
- 医学中的人工智能
背景情况:
- 生物信息算法越来越多地利用人工智能 (AI),机器学习 (ML) 和深度学习 (DL) 来彻底改变生物制药设计.
- 这些计算方法通过使蛋白质结构,功能和免疫性能够快速地预测蛋白质结构,功能和免疫性,从而大幅降低实验成本和时间表,从而加速发现过程.
- 目前的进展侧重于生成和混合框架,将AI与物理信息的神经网络 (PINNs) 集成,以在酶动力学和蛋白质工程等领域进行可解释的,机制意识的建模.
研究的目的:
- 突出AI,ML和DL对生物制药设计和开发的变革性影响.
- 讨论通过in silico预测和机制意识模型加速药物发现.
- 解决人工智能驱动生物制药创新的挑战和未来方向.
主要方法:
- 应用AI,ML和DL算法用于蛋白质属性的in silico预测.
- 利用生成和混合框架,包括物理信息的神经网络 (PINNs).
- 采用多omics集成和基于图形的网络算法进行系统级分析.
- 利用最近的进步,如AlphaFold 3,OpenFold和NeuralPlexer. 这是一个很好的方法.
主要成果:
- 通过对蛋白质结构,功能和免疫性进行快速预测,加速生物制药的发现和开发.
- 通过AI-PINN集成,实现了可解释,机制意识的酶动力学和蛋白质工程建模.
- 通过多omics集成和网络算法,促进系统层面对治疗目标的理解.
- 在桥梁创新和临床翻译方面取得的进展,得到了不断变化的监管准则的支持.
结论:
- 人工智能,ML和DL是革命性的生物制药设计和开发的关键工具.
- 尽管存在数据局限性和可解释性等挑战,但进展正在为临床翻译铺平道路.
- 药物发现的未来取决于人与算法的合作,以实现负责任和有效的创新.
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