Хеминформатика - Cheminformatics

Хемоинформатика (также известный как хемоинформатика ) относится к применению физической химии теории с компьютерными и информацией научных методами-так называемых « в силикомарганце » метода-в применении к целому ряду описательных и предписывающих проблем в области химии , в том числе и в ее приложениях к биология и связанные с ней молекулярные области . Такие методы in silico используются, например, фармацевтическими компаниями и в академических учреждениях для помощи и информирования процесса открытия лекарств , например, при разработке четко определенных комбинаторных библиотек синтетических соединений или для помощи в создании лекарств на основе структуры. дизайн . Эти методы также могут использоваться в химической и смежных отраслях промышленности, а также в таких областях, как экология и фармакология , где задействованы или изучаются химические процессы.

История

Химинформатика была активной областью в различных формах с 1970-х годов и ранее, с деятельностью в академических отделах и отделах коммерческих фармацевтических исследований и разработок. Термин хемоинформатика был определен в его применении к открытию лекарств Ф.К. Брауном в 1998 году:

Хемоинформатика - это смешение этих информационных ресурсов для преобразования данных в информацию и информации в знания для предполагаемой цели более быстрого принятия лучших решений в области идентификации и оптимизации лекарственных препаратов.

С тех пор используются оба термина - хеминформатика и хемоинформатика, хотя лексикографически хеминформатика, похоже, используется более часто, несмотря на то, что академики в Европе объявили о вариантной химиоинформатике в 2006 году. В 2009 году известный журнал Springer в этой области, Journal of Cheminformatics был основан трансатлантическими исполнительными редакторами, что дало дополнительный импульс более короткому варианту.

Фон

Химинформатика объединяет научные области химии, информатики и информатики, например, в областях топологии , химической теории графов , поиска информации и интеллектуального анализа данных в химическом пространстве . Хемоинформатика также может быть применена к анализу данных для различных отраслей промышленности , таких как бумага и целлюлозы , красители и таких смежных отрасли.

Приложения

Хранение и поиск

Основная статья: Химическая база данных

Основное применение хеминформатики - хранение, индексация и поиск информации, относящейся к химическим соединениям. Эффективный поиск такой хранимой информации включает в себя темы, которые имеют дело с информатикой, такие как интеллектуальный анализ данных, поиск информации, извлечение информации и машинное обучение . Связанные темы исследований включают:

Форматы файлов

Основная статья: Химический формат файла

Для представления химических структур in silico используются специализированные форматы, такие как упрощенные спецификации ввода строки молекулярного ввода (SMILES) или язык химической разметки на основе XML . Эти представления часто используются для хранения в больших химических базах данных . В то время как некоторые форматы подходят для визуального представления в двух или трех измерениях, другие больше подходят для изучения физических взаимодействий, моделирования и стыковочных исследований.

Виртуальные библиотеки

Химические данные могут относиться к реальным или виртуальным молекулам. Виртуальные библиотеки соединений могут быть созданы различными способами, чтобы исследовать химическое пространство и выдвигать гипотезы 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). Это было сделано с помощью хеминформатических инструментов для обучения вероятностей перехода цепи Маркова на аутентичных классах соединений, а затем с помощью цепи Маркова для создания новых соединений, которые были похожи на обучающую базу данных.

Виртуальный просмотр

Основная статья: Виртуальный просмотр

В отличие от высокопроизводительного скрининга , виртуальный скрининг включает компьютерный скрининг in silico библиотек соединений с помощью различных методов, таких как стыковка , для идентификации членов, которые могут обладать желаемыми свойствами, такими как биологическая активность против данной мишени. В некоторых случаях комбинаторная химия используется при разработке библиотеки для повышения эффективности разработки химического пространства. Чаще всего проверяется разнообразная библиотека небольших молекул или натуральных продуктов .

Количественная взаимосвязь структура-активность (QSAR)

Основная статья: Взаимосвязь количественной структуры и деятельности

Это расчет количественных соотношений структура-активность и количественных значений взаимосвязи свойств структуры , используемых для прогнозирования активности соединений по их структурам. В этом контексте также существует сильная связь с хемометрикой . Химические экспертные системы также актуальны, так как они представляют части химических знаний как представление in silico . Существует относительно новая концепция анализа согласованных молекулярных пар или MMPA, основанного на прогнозировании, которая сочетается с моделью QSAR, чтобы идентифицировать обрыв активности.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Томас Энгель (2006). «Базовый обзор хемоинформатики». J. Chem. Инф. Модель . 46 (6): 2267–77. DOI : 10.1021 / ci600234z . PMID  17125169 .
  2. ^ Мартин, Ивонн Коннолли (1978). Количественный дизайн лекарств: критическое введение . Серия медицинских исследований. 8 (1-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер . ISBN 9780824765743.
  3. Перейти ↑ FK Brown (1998). «Глава 35. Хемоинформатика: что это такое и как она влияет на открытие лекарств». Годовые отчеты по медицинской химии . 33 . С. 375–384. DOI : 10.1016 / S0065-7743 (08) 61100-8 . ISBN 9780120405336.; см. также Brown, Frank (2005). «Хемоинформатика - последние десять лет». Текущее мнение в области открытия и разработки лекарств . 8 (3): 296–302.
  4. ^ "Хеминформатика или химиоинформатика?" .
  5. ^ "Биофармацевтический глоссарий Советы и часто задаваемые вопросы" .
  6. ^ http://infochim.u-strasbg.fr/chemoinformatics/Obernai%20Declaration.pdf
  7. ^ Gasteiger J .; Энгель Т., ред. (2004). Хемоинформатика: Учебник . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley. ISBN 3527306811.
  8. ^ Leach, AR; Жилле, VJ (2003). Введение в хемоинформатику . Берлин, Германия: Springer. ISBN 1402013477.
  9. ^ Варнек, А .; Баскин И. (2011). «Хемоинформатика как дисциплина теоретической химии». Молекулярная информатика . 30 (1): 20–32. DOI : 10.1002 / minf.201000100 . PMID  27467875 . S2CID  21604072 .
  10. ^ Бунин, Б.А. Siesel, B .; Morales, G .; Баджорат Дж. (2006). Хемоинформатика: теория, практика и продукты . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 9781402050008.
  11. ^ Weininger, 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 .
  12. ^ 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 .
  13. ^ Кучукян, Питер; Лу, Дэвид; Шахнович, Евгений (2009). "FOG: Оптимизированный по фрагментам алгоритм роста для de Novo генерации молекул, содержащих лекарственные вещества". Журнал химической информации и моделирования . 49 (7): 1630–1642. DOI : 10.1021 / ci9000458 . PMID  19527020 .
  14. ^ Сушко, Юрий; Новотарский, Сергей; Кёрнер, Роберт; Фогт, Иоахим; Абдельазиз, Ахмед; Тетько, Игорь В. (2014). «Подходящие молекулярные пары на основе прогнозов 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. Инф. Модель . 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.
  • Выщелачивание, штат Арканзас; Жилле, VJ (2003). Введение в хемоинформатику . Берлин, Германия: Springer. ISBN 1402013477.
  • Gasteiger J .; Энгель Т., ред. (2004). Хемоинформатика: Учебник . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley. ISBN 3527306811.
  • Варнек, А .; Баскин И. (2011). «Хемоинформатика как дисциплина теоретической химии». Молекулярная информатика . 30 (1): 20–32. DOI : 10.1002 / minf.201000100 . PMID  27467875 . S2CID  21604072 .
  • Бунин, БА; Siesel, B .; Morales, G .; Баджорат Дж. (2006). Хемоинформатика: теория, практика и продукты . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 9781402050008.

внешние ссылки