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你知道吗?科学家们正在利用人工智能来加速药物的合成过程!最近,西北工业大学生命学院施建宇教授团队的最新研究成果被发表在《Nature Communications》期刊上,该工作提出了一种全新的逆合成AI预测方法——Retro-MTGR。这一突破性的研究有望帮助科学家们更智能、高效地设计药物合成路线,让药物研发进入一个全新的时代。
什么是“逆合成推理”?
“逆合成推理”是指从目标药物的分子结构出发,逆向推导出合成它所需要的反应物和化学步骤。可以把它想象成“反向工程”:当我们知道了目标药物是什么样的,我们就能推算出要做出这个药物,我们需要哪些原料和化学反应过程。这一过程对于新药研发至关重要,因为它帮助化学家们找到合成药物的最佳路径,不仅节省时间,还降低了成本。
图1. Retro-MTGR的工作流程图
Retro-MTGR框架:AI是如何帮助化学家“预测”合成路径的?
施建宇教授团队提出的Retro-MTGR框架,运用了先进的“多任务学习”技术,能够在同一个模型中同时解决多个问题(图1)。具体来说,Retro-MTGR通过分析分子图,解决以下三个核心任务:
1.识别反应中心:这就是反应中化学键最容易断裂或重组的地方。
2.识别离去基:就是在化学反应中“离开”分子的部分。
3.优化原子嵌入:提高模型的精确度,使得预测更加精准。
这些任务的结合,使得Retro-MTGR框架不仅能帮助科学家预测药物的合成路径,还能给出反应中心和离去基的准确位置,为药物研发提供科学依据。
为什么这项研究很厉害?
这项研究有几个亮点,让它在药物合成领域独具创新性:
·化学键的能量和电性分析:研究通过学习化学键的能量(比如双键、三键和单键的区别)以及它们的电性,帮助科学家分辨哪些键可以成为反应中心,哪些则是普通键(图2)。
·电性分布的深度挖掘:研究还发现,反应中的合成子(反应物)和离去基通常电性相反,且彼此之间的距离较远,这为进一步的反应预测提供了依据(图3)。
·精准预测药物合成路径:为了验证AI预测的准确性,团队通过预测两种药物(Sonidegib和Acotiamide)的逆合成路线,并通过实验验证,结果表明,AI的预测与实际合成结果高度一致。这意味着Retro-MTGR能够为药物的合成提供可靠的指导(图4)。
图2.化学键嵌入空间的展示
图3.合成子和离去基的联合嵌入空间展示
图4. 对于两种药物的预测逆合成路线和真实化学合成路线展示
AI助力药物研发,开启智能化新篇章
这项技术不仅为化学反应提供了更智能的预测工具,还推动了药物合成的智能化进程。未来,随着AI技术的进一步发展,Retro-MTGR有望成为化学家们不可或缺的助手,帮助加速药物研发的每一步,极大地节省时间和成本。想象一下,如果我们能够更快地合成新药,未来的治疗可能会变得更加高效和精准!这项研究为药物研发提供了新的思路,也为科学家们打开了通向新药发现的大门。
参考文献:
Zhao, PC., Wei, XX., Wang, Q. et al. Single-step retrosynthesis prediction via multitask graph representation learning. Nat Commun 16, 814 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56062-y.
原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41467-025-56062-y.
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