Хеминформатика
Междисциплинарная наука

Хемоинформатика (также известная как хемоинформатика ) относится к использованию теории физической химии с компьютерными и информационными методами науки — так называемыми методами « in silico » — в применении к ряду описательных и предписывающих проблем в области химии , включая ее приложения к биологии и связанным с ней молекулярным областям . Такие методы in silico используются, например, фармацевтическими компаниями и в академических учреждениях для помощи и информирования процесса открытия лекарств , например, при проектировании четко определенных комбинаторных библиотек синтетических соединений или для содействия в структурно-ориентированном проектировании лекарств . Эти методы также могут использоваться в химической и смежных отраслях промышленности, а также в таких областях, как экология и фармакология , где химические процессы вовлечены или изучаются. [1]

История

Химическая информатика была активной областью в различных проявлениях с 1970-х годов и ранее, с деятельностью в академических отделах и коммерческих фармацевтических отделах исследований и разработок. [2] [ нужна страница ] [ нужна цитата ] Термин «хемоинформатика» был определен в его применении к открытию лекарств Ф. К. Брауном в 1998 году: [3]

Хемоинформатика — это смешение этих информационных ресурсов для преобразования данных в информацию, а информации в знания с целью более быстрого принятия более обоснованных решений в области идентификации и оптимизации лекарственных препаратов.

С тех пор оба термина, хемоинформатика и хемоинформатика, использовались, [ необходима ссылка ], хотя, лексикографически , хемоинформатика, по-видимому, используется чаще, [ когда? ] [4] [5] несмотря на то, что ученые в Европе высказались за вариант хемоинформатика в 2006 году. [6] В 2009 году известный журнал Springer в этой области был основан трансатлантическими исполнительными редакторами под названием Journal of Cheminformatics . [7]

Фон

Хемоинформатика объединяет научные области химии, компьютерных наук и информационных наук, например, в областях топологии , теории химических графов , поиска информации и интеллектуального анализа данных в химическом пространстве . [8] [ нужна страница ] [9] [ нужна страница ] [10] [11] [ нужна страница ] Хемоинформатика также может применяться для анализа данных в различных отраслях промышленности, таких как целлюлозно- бумажная , красильная и смежные отрасли. [12]

Приложения

Хранение и извлечение

Основным применением хемоинформатики является хранение, индексирование и поиск информации, касающейся химических соединений. [13] Эффективный поиск такой хранимой информации включает темы, которые рассматриваются в компьютерной науке, такие как интеллектуальный анализ данных, поиск информации, извлечение информации и машинное обучение . [ необходима цитата ] Связанные темы исследований включают: [ необходима цитата ]

Форматы файлов

Для представления химических структур in silico используются специализированные форматы, такие как спецификации ввода упрощенной молекулярной строки ввода (SMILES) [14] или язык химической разметки на основе XML . [15] Эти представления часто используются для хранения в больших химических базах данных . [ требуется ссылка ] В то время как некоторые форматы подходят для визуальных представлений в двух- или трехмерном пространстве, другие больше подходят для изучения физических взаимодействий, моделирования и исследований стыковки. [ требуется ссылка ]

Виртуальные библиотеки

Химические данные могут относиться к реальным или виртуальным молекулам. Виртуальные библиотеки соединений могут быть созданы различными способами для исследования химического пространства и выдвижения гипотез о новых соединениях с желаемыми свойствами. Виртуальные библиотеки классов соединений (лекарства, натуральные продукты, синтетические продукты, ориентированные на разнообразие) были недавно созданы с использованием алгоритма FOG (оптимизированный по фрагментам рост). [16] Это было сделано с помощью инструментов хемоинформатики для обучения вероятностей перехода цепи Маркова на аутентичных классах соединений, а затем с помощью цепи Маркова для создания новых соединений, которые были похожи на учебную базу данных.

Виртуальный скрининг

В отличие от высокопроизводительного скрининга , виртуальный скрининг включает в себя вычислительный скрининг in silico библиотек соединений с помощью различных методов, таких как стыковка , для выявления членов, которые, вероятно, обладают желаемыми свойствами, такими как биологическая активность против заданной цели. В некоторых случаях комбинаторная химия используется при разработке библиотеки для повышения эффективности добычи химического пространства. Чаще всего скринингу подвергается разнообразная библиотека малых молекул или природных продуктов .

Количественная зависимость структуры от активности (QSAR)

Это расчет количественных значений соотношения структура-активность и количественных значений соотношения структура-свойство , используемых для прогнозирования активности соединений по их структурам. В этом контексте также существует сильная связь с хемометрикой . Химические экспертные системы также актуальны, поскольку они представляют части химических знаний как представление in silico . Существует относительно новая концепция анализа пар согласованных молекул или MMPA на основе предсказаний, которая связана с моделью QSAR для определения обрыва активности. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Томас Энгель (2006). «Базовый обзор хемоинформатики». J. Chem. Inf. Model . 46 (6): 2267–77. doi :10.1021/ci600234z. PMID  17125169.
  2. ^ Мартин, Ивонн Коннолли (1978). Количественное проектирование лекарств: критическое введение . Серия «Медицинские исследования». Том 8 (1-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер . ISBN 9780824765743.
  3. ^ FK Brown (1998). "Гл. 35. Хемоинформатика: что это такое и как она влияет на открытие лекарств". Annual Reports in Medicinal Chemistry . Vol. 33. pp. 375–384. doi :10.1016/S0065-7743(08)61100-8. ISBN 9780120405336.; [ нужная страница ] см. также Браун, Фрэнк (2005). «Хемоинформатика – обновление за десять лет». Current Opinion in Drug Discovery & Development . 8 (3): 296–302.
  4. ^ "Хемоинформатика или хемоинформатика?". Архивировано из оригинала 2017-06-21 . Получено 2006-03-31 .
  5. ^ «Биофармацевтический глоссарий. Советы и часто задаваемые вопросы».
  6. ^ http://infochim.u-strasbg.fr/chemoinformatics/Obernai%20Declaration.pdf Архивировано 2016-03-03 на Wayback Machine [ пустой URL PDF ]
  7. ^ Виллигхаген, Эгон. «Журнал открытого доступа по химинформатике теперь доступен! « SteinBlog» . Получено 20 июня 2022 г.
  8. ^ Гастайгер Дж.; Энгель Т., ред. (2004). Хемоинформатика: Учебник . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Уайли. ISBN 3527306811.
  9. ^ Лич, AR; Жилле, VJ (2003). Введение в хемоинформатику . Берлин, Германия: Springer. ISBN 1402013477.
  10. ^ Варнек, А.; Баскин, И. (2011). «Хемоинформатика как теоретическая химическая дисциплина». Молекулярная информатика . 30 (1): 20–32. doi :10.1002/minf.201000100. PMID  27467875. S2CID  21604072.
  11. ^ Бунин, BA; Сизель, B.; Моралес, G.; Баджорат Дж. (2006). Хемоинформатика: теория, практика и продукты . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer. ISBN 9781402050008.
  12. ^ Уильямс, Това; Университет штата Северная Каролина. «Подходы хемоинформатики к созданию новых красок для волос». phys.org . Получено 20 июня 2022 г.
  13. ^ Верма, Дипа (2013-08-09). «Хемоинформатика: применение методов информатики для решения химических проблем». Исследовательский журнал фармацевтических, биологических и химических наук . 4 (3): 475 – через RJPBCS.
  14. ^ Вайнингер, Дэвид (1988). «SMILES, химический язык и информационная система: 1: Введение в методологию и правила кодирования». Журнал химической информации и моделирования . 28 (1): 31–36. doi :10.1021/ci00057a005. S2CID  5445756.
  15. ^ Мюррей-Раст, Питер; Рзепа, Генри С. (1999). «Химическая разметка, XML и Всемирная паутина. 1. Основные принципы». Журнал химической информации и компьютерных наук . 39 (6): 928–942. doi :10.1021/ci990052b.
  16. ^ Кучукян, Питер; Лу, Дэвид; Шахнович, Юджин (2009). «FOG: алгоритм оптимизированного фрагментного роста для de Novo генерации молекул, занимающих лекарственноподобные химические вещества». Журнал химической информации и моделирования . 49 (7): 1630–1642. doi :10.1021/ci9000458. PMID  19527020.
  17. ^ Сушко, Юрий; Новотарский, Сергей; Кёрнер, Роберт; Фогт, Иоахим; Абдельазиз, Ахмед; Тетко, Игорь В. (2014). «Предсказание-управляемых согласованных молекулярных пар для интерпретации QSAR и помощи в процессе молекулярной оптимизации». Журнал химинформатики . 6 (1): 48. doi : 10.1186/s13321-014-0048-0 . PMC 4272757. PMID  25544551 . 

Дальнейшее чтение

  • Энгель, Томас (2006). «Базовый обзор хемоинформатики». J. Chem. Inf. Model . 46 (6): 2267–2277. doi :10.1021/ci600234z. PMID  17125169.
  • Мартин, Ивонн Коннолли (2010). Количественный дизайн лекарств: критическое введение (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press–Taylor & Francis. ISBN 9781420070996.
  • Лич, AR; Жилле, VJ (2003). Введение в хемоинформатику . Берлин, Германия: Springer. ISBN 1402013477.
  • Гастайгер Дж.; Энгель Т., ред. (2004). Хемоинформатика: Учебник . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Уайли. ISBN 3527306811.
  • Варнек, А.; Баскин, И. (2011). «Хемоинформатика как теоретическая химическая дисциплина». Молекулярная информатика . 30 (1): 20–32. doi :10.1002/minf.201000100. PMID  27467875. S2CID  21604072.
  • Бунин, BA; Сисел, B.; Моралес, G.; Баджорат Дж. (2006). Хемоинформатика: теория, практика и продукты . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer. ISBN 9781402050008.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cheminformatics&oldid=1251973128"