طور باحثون في جامعة نيويورك الأمريكية نموذجًا للذكاء الاصطناعي قادرًا على التنبؤ بالشكل الكيميائي الأكثر استقرارًا للجزيئات الشبيهة بالأدوية، في خطوة قد تسهم في تحسين تصميم العقاقير ورفع دقة النماذج الحاسوبية المستخدمة في عمليات اكتشاف الأدوية.

ويعتمد النموذج، القائم على تقنيات التعلم العميق، على تحديد الموضع الأكثر ترجيحًا لذرات الهيدروجين داخل الجزيء، وهي تفاصيل دقيقة على المستوى الذري يمكن أن تؤثر بشكل كبير في كيفية ارتباط الدواء بالبروتين المستهدف داخل الجسم.

وأوضحت دراسة نشرتها دورية Chemical Science التابعة للجمعية الملكية للكيمياء، أن العديد من الجزيئات المستخدمة في تطوير الأدوية يمكن أن توجد في أكثر من صورة كيميائية متقاربة تعرف باسم «التوتومرات»، حيث تنتقل ذرة هيدروجين من موضع إلى آخر داخل الجزيء، بالتزامن مع تغير في ترتيب الروابط الكيميائية.

وقال يينجكاي تشانج، أستاذ الكيمياء في جامعة نيويورك والباحث الرئيسي في الدراسة، إن تحديد الشكل الكيميائي الصحيح للجزيء يعد خطوة أساسية في النمذجة الجزيئية واكتشاف الأدوية المعتمد على دراسة البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات.

وأضاف أن الوصول إلى هذا الشكل يمثل تحديًا، لأن العديد من الأساليب التجريبية المستخدمة لتحديد البنية الجزيئية لا تتمكن من تحديد مواقع ذرات الهيدروجين بدرجة كافية من الدقة.

قاعدة بيانات ضخمة

واعتمد الباحثون على قاعدة بيانات كامبريدج البنيوية، التي تضم عددًا كبيرًا من التراكيب البلورية عالية الدقة للجزيئات الصغيرة، ويمكن تحديد مواقع ذرات الهيدروجين في نسبة كبيرة منها.

واستخدم الفريق هذه البيانات لتدريب شبكة عصبية بيانية، بهدف تمكين النموذج من التنبؤ بالشكل الأكثر استقرارًا للجزيء انطلاقًا من رسمه الكيميائي ثنائي الأبعاد، دون الحاجة إلى معرفة بنيته ثلاثية الأبعاد مسبقًا.

وأظهرت اختبارات الأداء قدرة النموذج على تحليل نحو 4.6 مليون مركب كيميائي خلال 3.2 ساعة باستخدام عقدة حاسوبية واحدة مزودة بمعالج رسوميات.

وأشار تشانج إلى أن دقة محاكاة سلوك الجزيئات تعتمد بدرجة كبيرة على تحديد مواقع ذرات الهيدروجين والروابط الكيميائية بصورة صحيحة، موضحًا أن اختيار تمثيل كيميائي غير صحيح للجزيء يمكن أن يؤدي إلى اختلاف في التفاعلات والحركات التي تتوقعها النماذج الحاسوبية.

وأتاح الباحثون النموذج في صورة أداة مفتوحة المصدر تحمل اسم Tautomer-Predictor، بما يسمح باستخدامها لفحص مكتبات ضخمة من المركبات الكيميائية وترتيب ملايين الجزيئات وتصحيح تمثيلها الكيميائي قبل الانتقال بها إلى مراحل أكثر تكلفة من عملية اكتشاف الأدوية.

للمزيد تابع

خليجيون نيوز على: فيسبوك | إكس | يوتيوب | إنستغرام | تيك توك