مقدمة
مقدمة
يُعدّ اكتشاف الأدوية، باعتباره مصدر ابتكار الأدوية، جزءًا مهمًا من عملية البحث والتطوير في مجال الأدوية الجديدة. يتم تنفيذ اكتشاف الدواء عن طريق اختيار الهدف وتأكيده. عندما يتم اكتشاف شظايا أو مركبات رائدة، عادةً ما يتم البحث عن مركبات مماثلة في مكتبات المركبات الداخلية أو التجارية من أجل اكتشاف العلاقة بين التركيب والنشاط (SAR)، وتوافر المركبات، وبالتالي تقييم إمكانية تحسين المركبات الرائدة إلى مركبات مرشحة.
من أجل اكتشاف المركبات المتاحة في فضاء الأجزاء من مكتبات المركبات على نطاق المليار مركب، عادةً ما يتم استرجاع البصمة الكيميائية للبحث عن البنية الفرعية والبحث عن التشابه. ومع ذلك، فإن الحل التقليدي يستغرق وقتًا طويلاً وعرضة للأخطاء عندما يتعلق الأمر ببصمات كيميائية عالية الأبعاد بمليار من البصمات الكيميائية. كما قد تضيع بعض المركبات المحتملة في هذه العملية. تناقش هذه المقالة استخدام Milvus، وهو محرك بحث عن التشابه للمتجهات واسعة النطاق، مع RDKit لبناء نظام للبحث عن تشابه التركيب الكيميائي عالي الأداء.
بالمقارنة مع الطرق التقليدية، يتمتع ميلفوس بسرعة بحث أسرع وتغطية أوسع. من خلال معالجة البصمات الكيميائية، يمكن ل Milvus إجراء بحث عن البنية الفرعية والبحث عن التشابه والبحث الدقيق في مكتبات البنى الكيميائية من أجل اكتشاف الأدوية التي يحتمل أن تكون متاحة.
نظرة عامة على النظام
يستخدم النظام RDKit لتوليد البصمات الكيميائية، ويستخدم نظام Milvus لإجراء بحث عن تشابه البنية الكيميائية. راجع https://github.com/milvus-io/bootcamp/tree/master/solutions/molecular_similarity_search لمعرفة المزيد عن النظام.
1-نظرة عامة على النظام. png
1. توليد البصمات الكيميائية
تُستخدم البصمات الكيميائية عادةً للبحث عن البنية الفرعية والبحث عن التشابه. تُظهر الصورة التالية قائمة متسلسلة ممثلة بأرقام بت. يمثل كل رقم عنصر أو زوج ذرة أو مجموعة وظيفية. التركيب الكيميائي هو C1C(=O)NCO1
.
2- تحديد أنماط-أنماط-الجزيئات.png
يُمكننا استخدام RDKit لتوليد بصمات مورغان، الذي يُحدّد نصف قطر من ذرة معينة ويحسب عدد البنى الكيميائية ضمن نطاق نصف القطر لتوليد بصمة كيميائية. حدد قيمًا مختلفة لنصف القطر والبتات للحصول على البصمات الكيميائية للهياكل الكيميائية المختلفة. يتم تمثيل البنى الكيميائية بصيغة SMILES.
from rdkit import Chem
mols = Chem.MolFromSmiles(smiles)
mbfp = AllChem.GetMorganFingerprintAsBitVect(mols, radius=2, bits=512)
mvec = DataStructs.BitVectToFPSText(mbfp)
2. البحث في البنى الكيميائية
يمكننا بعد ذلك استيراد بصمات مورغان إلى ميلفوس لبناء قاعدة بيانات البنى الكيميائية. باستخدام بصمات الأصابع الكيميائية المختلفة، يمكن لميلفوس إجراء بحث عن البنى الفرعية والبحث عن التشابه والبحث الدقيق.
from milvus import Milvus
Milvus.add_vectors(table_name=MILVUS_TABLE, records=mvecs)
Milvus.search_vectors(table_name=MILVUS_TABLE, query_records=query_mvec, top_k=topk)
بحث البنية الفرعية
يتحقق مما إذا كانت البنية الكيميائية تحتوي على بنية كيميائية أخرى.
بحث التشابه
يبحث في البنى الكيميائية المتشابهة. تُستخدم مسافة تانيموتو كمقياس افتراضي.
بحث دقيق
التحقق من وجود بنية كيميائية محددة من عدمه. يتطلب هذا النوع من البحث مطابقة تامة.
حساب البصمات الكيميائية
غالبًا ما تُستخدم مسافة تانيموتو كمقياس للبصمات الكيميائية. في ميلفوس، تتوافق مسافة جاكارد مع مسافة تانيموتو.
3-حساب البصمات الكيميائية-البصمات الكيميائية-جدول-1.png
بناءً على المعلمات السابقة، يمكن وصف حساب البصمات الكيميائية على النحو التالي:
4-حوسبة-حساب-الكيمياء-نشوء-نشوء-جدول-2.png
يمكننا أن نرى أن 1- Jaccard = Tanimoto
. هنا نستخدم جاكارد في ميلفوس لحساب البصمة الكيميائية، وهو ما يتوافق في الواقع مع مسافة تانيموتو.
عرض توضيحي للنظام
لتوضيح كيفية عمل النظام بشكل أفضل، قمنا ببناء عرض توضيحي يستخدم Milvus للبحث في أكثر من 90 مليون بصمة كيميائية. البيانات المستخدمة تأتي من ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/pubchem/Compound/CURRENT-Full/SDF. تبدو الواجهة الأولية كما يلي:
5-النظام التجريبي 5-system-demo-1.jpg
يمكننا البحث عن تراكيب كيميائية محددة في النظام وإرجاع تراكيب كيميائية مماثلة:
6-النظام-العرض التجريبي-2.gif
الخلاصة
لا غنى عن البحث عن التشابه في عدد من المجالات، مثل الصور ومقاطع الفيديو. بالنسبة لاكتشاف الأدوية، يمكن تطبيق البحث عن التشابه على قواعد بيانات الهياكل الكيميائية لاكتشاف المركبات التي يحتمل أن تكون متاحة، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى بذور للتركيب العملي واختبارها في نقاط الرعاية. تم تصميم Milvus، باعتباره محرك بحث تشابه مفتوح المصدر لنواقل الميزات واسعة النطاق، باستخدام بنية حوسبة غير متجانسة لتحقيق أفضل كفاءة من حيث التكلفة. لا تستغرق عمليات البحث على متجهات بمليار ناقل سوى أجزاء من الثانية مع الحد الأدنى من موارد الحوسبة. وبالتالي، يمكن لـ Milvus المساعدة في تنفيذ بحث دقيق وسريع عن التركيب الكيميائي في مجالات مثل علم الأحياء والكيمياء.
يمكنك الوصول إلى العرض التوضيحي من خلال زيارة http://40.117.75.127:8002/، ولا تنسَ أيضًا زيارة موقعنا GitHub https://github.com/milvus-io/milvus لمعرفة المزيد!
- نظرة عامة على النظام
- 1. توليد البصمات الكيميائية
- 2. البحث في البنى الكيميائية
- حساب البصمات الكيميائية
- عرض توضيحي للنظام
- الخلاصة
On This Page
Try Managed Milvus for Free
Zilliz Cloud is hassle-free, powered by Milvus and 10x faster.
Get StartedLike the article? Spread the word