Российские химики разработали алгоритм на основе искусственного интеллекта, который позволил в 180 раз сократить время поиска новых реакций. Благодаря цифровому помощнику исследователи открыли перспективные превращения для синтеза противоопухолевых препаратов всего за одну неделю вместо нескольких лет.
Цифровой соэксперт заменил годы рутинной работы
Ученые Института органической химии имени Н.Д. Зелинского Российской академии наук представили новый подход к поиску химических реакций. Разработанный ими компьютерный алгоритм способен анализировать десятки тысяч потенциальных превращений за несколько часов. Традиционно такой объем работы требует от трех до четырех лет непрерывного труда исследователей.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Его результаты опубликованы в авторитетном международном журнале Angewandte Chemie International Edition. Авторы работы доказали, что автоматизация первичного анализа данных открывает принципиально новые возможности для экспериментальной химии.
В центре внимания ученых оказались реакции циклоприсоединения. Эти превращения позволяют собирать сложные циклические молекулы. Подобные структуры часто становятся основой антибиотиков и противораковых препаратов. Поиск эффективных и доступных условий для таких реакций ранее занимал годы проб и ошибок.
Как алгоритм отбирал перспективные реакции
Разработчики обучили нейросеть на данных о свойствах и строении 134 тысяч молекул. На основе этой информации цифровой помощник самостоятельно сгенерировал 31 тысячу возможных вариантов циклоприсоединения. Затем за несколько часов алгоритм отсеял подавляющее большинство вариантов.
Критериями отбора стали реалистичность протекания реакции, доступность исходных реагентов и отсутствие необходимости в экстремальных условиях. В итоге компьютер выделил 205 превращений, наиболее перспективных для лабораторной проверки.
Химики отобрали четыре лучшие кандидатуры для реальных экспериментов. Две из этих реакций успешно подтвердились на практике. Синтезированные вещества содержат фрагменты, характерные для известных противоопухолевых средств. Это открывает путь к созданию новых лекарственных препаратов на основе найденных превращений.
Ученые дополнительно оптимизировали обнаруженные реакции. Они подобрали максимально удобные и дешевые исходные вещества. Весь цикл – от компьютерного анализа до улучшенного лабораторного протокола – занял семь дней. Без использования искусственного интеллекта аналогичная работа растянулась бы на 3,5 года.
Будущее за симбиозом человека и машины
Руководитель проекта академик РАН Валентин Анаников пояснил суть предложенного метода. По его словам, цифровой помощник принимает на себя наиболее трудоемкую часть работы – первичную обработку огромных массивов данных. Исследователь же сосредотачивается на творческих задачах в уже очищенном информационном поле.
Анаников подчеркнул, что для такого прорыва не потребовалось дорогостоящих роботизированных комплексов. Команда использовала доступные вычислительные мощности и собственный экспертный опыт. Это доказывает возможность масштабирования метода на другие области химии.
В ближайших планах научной группы создание универсального ИИ-соэксперта. Он будет применим для широкого круга химических процессов. Ученые уверены, что симбиоз искусственного интеллекта и человеческой интуиции станет стандартом в синтетической химии ближайшего будущего.