Electron density-based GPT for optimization and suggestion of host–guest binders

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作者
Juan M. Parrilla-Gutiérrez,Jarosław M. Granda,Jean‐François Ayme,Michał D. Bajczyk,Liam Wilbraham,Leroy Cronin
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:4 (3): 200-209 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s43588-024-00602-x
摘要

Here we present a machine learning model trained on electron density for the production of host-guest binders. These are read out as simplified molecular-input line-entry system (SMILES) format with >98% accuracy, enabling a complete characterization of the molecules in two dimensions. Our model generates three-dimensional representations of the electron density and electrostatic potentials of host-guest systems using a variational autoencoder, and then utilizes these representations to optimize the generation of guests via gradient descent. Finally the guests are converted to SMILES using a transformer. The successful practical application of our model to established molecular host systems, cucurbit[n]uril and metal-organic cages, resulted in the discovery of 9 previously validated guests for CB[6] and 7 unreported guests (with association constant Ka ranging from 13.5 M-1 to 5,470 M-1) and the discovery of 4 unreported guests for [Pd214]4+ (with Ka ranging from 44 M-1 to 529 M-1).

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