Ученые Института искусственного интеллекта AIRI представили новый фреймворк Harmony, предназначенный для улучшения точности молекулярного докинга. Эта разработка относится к области компьютерного моделирования, которое используется на ранних этапах создания лекарственных препаратов для прогнозирования взаимодействия малых молекул-лигандов с белками-мишенями.
Главное отличие Harmony от существующих алгоритмов заключается в подходе к моделированию гибкости молекул. В процессе докинга важно не просто найти место связывания, но и корректно определить пространственную ориентацию лиганда относительно белка с учетом возможных изменений их конформаций. Разработчики применили метод моделирования в частотном пространстве, что позволяет нейросетевой архитектуре эффективнее обрабатывать сложные вращательные движения вокруг химических связей и двугранных углов. По аналогии с разложением звукового сигнала на высокие и низкие частоты, система анализирует пространственные конфигурации молекул через набор частотных компонентов, что упрощает обучение модели.
Тестирование фреймворка проводилось на общедоступных наборах данных PDBBind и PoseBusters, которые используются для оценки корректности предсказанных поз белково-лигандных комплексов. Кроме того, алгоритм проверили на конкретных биологических мишенях: белке EBNA1, связанном с развитием вируса Эпштейна–Барр, и мутантном белке KRAS G12D, играющем роль в онкогенезе. Harmony показал более высокую точность предсказания по сравнению с существующими аналогами.
«Одна из главных проблем молекулярного докинга – стерические столкновения – моделирование невозможных с точки зрения законов физики пересечений между атомами лиганда и белка. Harmony позволил сделать шаг в сторону решения этого вопроса. В дальнейшем наработки, которые были сделаны, будут полезны при решении задач молекулярной динамики».
Максим Жданов, научный сотрудник группы «Адаптивные агенты» Института AIRI
В дальнейшем наработки, использованные в Harmony, могут быть применены в более сложных расчетах молекулярной динамики, где требуется моделирование движений атомов во времени.