Generating and screening de novo compounds against given targets using ultrafast deep learning models as core components

化学空间 计算机科学 深度学习 元动力学 人工智能 药物发现 机器学习 药物开发 生物信息学 生成语法 卷积神经网络 从头合成 计算生物学 化学 生物 药品 生物信息学 分子动力学 生物化学 计算化学 基因 药理学 酶
作者
Haiping Zhang,Konda Mani Saravanan,Yang Yang,Yanjie Wei,Yi Pan,John Z. H. Zhang
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:23 (4) 被引量:4
标识
DOI:10.1093/bib/bbac226
摘要

Deep learning is an artificial intelligence technique in which models express geometric transformations over multiple levels. This method has shown great promise in various fields, including drug development. The availability of public structure databases prompted the researchers to use generative artificial intelligence models to narrow down their search of the chemical space, a novel approach to chemogenomics and de novo drug development. In this study, we developed a strategy that combined an accelerated LSTM_Chem (long short-term memory for de novo compounds generation), dense fully convolutional neural network (DFCNN), and docking to generate a large number of de novo small molecular chemical compounds for given targets. To demonstrate its efficacy and applicability, six important targets that account for various human disorders were used as test examples. Moreover, using the M protease as a proof-of-concept example, we find that iteratively training with previously selected candidates can significantly increase the chance of obtaining novel compounds with higher and higher predicted binding affinities. In addition, we also check the potential benefit of obtaining reliable final de novo compounds with the help of MD simulation and metadynamics simulation. The generation of de novo compounds and the discovery of binders against various targets proposed here would be a practical and effective approach. Assessing the efficacy of these top de novo compounds with biochemical studies is promising to promote related drug development.
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