分子对接方法、计算机可读存储介质、计算设备与流程

专利2025-04-21  18


本申请涉及生物医药领域和计算机领域,尤其涉及一种分子对接方法、计算机可读存储介质、计算设备。


背景技术:

1、分子对接是计算机辅助药物设计中一种重要技术,旨在预测小分子如何结合到生物大分子靶标的活性位点,并评估其结合模式和亲和力。它能通过搜索算法快速高通量地对化合物库进行虚拟筛选,利用评分函数预测最佳结合构象,从而提高新药发现效率。分子对接技术的核心包括高效的构象采样算法,如基于分子动力学、进化算法、蒙特卡罗方法等;以及准确的打分评价函数,需平衡各种分子相互作用能量项。分子对接为结构生物信息学和计算机辅助药物设计提供了有力工具,但其预测精度仍有待于进一步提高和实验数据验证。然而,发明人经过研究发现,现有的分子对接技术存在计算量大的问题。

2、为解决该问题,本文提出一种改进的分子对接的方案,以降低计算量,提高分子对接的执行效率。


技术实现思路

1、如背景技术所言,本申请解决的技术问题是如何降低计算量,提高分子对接的执行效率。

2、为解决上述问题,在第一方面,本申请提供一种分子对接方法,所述方法包括:获取受体的信息和配体的信息;将所述受体信息和所述配体信息输入至分子对接模型中,在所述分子对接模型的输出端得到所述受体和所述配体的对接结果;其中,所述分子对接模型用于对所述配体进行柔性变化,并基于所述受体和柔性变化后的配体,对所述受体和配体进行对接得到半柔性分子,对所述半柔性分子进行评分,并根据所述半柔性分子的评分得到所述对接结果。

3、可选的,所述分子对接模型用于执行以下步骤:获取构象空间,将所述构象空间划分为网格,得到网格数据;将所述网格数据转化为qubo数学模型;将所述qubo数学模型转化为伊辛模型;计算所述伊辛模型的最优解,并将所述最优解作为所述对接结果。

4、可选的,通过现场可编程门阵列芯片或专用集成电路实现所述伊辛模型。

5、可选的,所述获取构象空间包括:获取半柔性分子的热力学近似分布;从所述热力学近似分布中采样半柔性分子的构象,并将满足条件的所述半柔性分子的构象作为候选构象;根据所述候选构象生成构象空间;其中,所述热力学近似分布的概率密度函数为:p(x)∝exp(-e(x)/kt);其中,p(x)是节点x的概率,e(x)是所述节点x的能量,k是玻尔兹曼常数,t是系统温度。

6、可选的,所述采样所述半柔性分子的构象,并将满足条件的所述半柔性分子的构象作为候选构象,包括:步骤a,根据概率分布生成当前构象;步骤b,根据所述当前构象的质量决定是否将所述当前构象作为候选构象;如果步骤b的决定结果为是,则执行步骤c,保留所述候选构象;重复执行如上步骤a至c,直至保留的所述候选构象的数量大于或等于预设值。

7、可选的,所述所述采样所述半柔性分子的构象,并将满足条件的所述半柔性分子的构象作为候选构象,包括:初始化所述半柔性分子的构象和速度;根据牛顿力学计算所述半柔性分子的运动轨迹;在一定时间间隔内记录所述半柔性子的构象;使用记录的所述半柔性子的构象作为所述候选构象。

8、可选的,基于以下至少一个因素对所述半柔性分子评分:平方平均数偏差、配体-受体分数、能量函数、相互作用能量、疏水性匹配、氢键数。

9、可选的,所述计算所述伊辛模型的最优解包括:通过模拟退火或者遗传算法计算所述伊辛模型的最优解。

10、第二方面,本申请还提供一种分子对接装置,所述分子对接装置包括:输入信息获取模块,用于获取受体的信息和配体的信息;模型处理模块,用于将所述受体的信息和所述配体的信息输入至分子对接模型中,在所述分子对接模型的输出端得到所述受体和所述配体的对接结果;其中,所述分子对接模型用于对所述配体进行柔性变化,并基于所述受体和柔性变化后的配体,对所述受体和配体进行对接得到半柔性分子,对所述半柔性分子进行评分,并根据所述半柔性分子的评分得到所述对接结果。

11、第三方面,本申请还提供一种计算设备,包括处理器和存储装置,所述存储装置适于存储多条程序代码,所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行任一项所述分子对接方法。

12、第四方面,本申请还提供一种计算机可读存储介质,其中存储有多条程序代码,所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行任一项所述分子对接方法。

13、与现有技术相比,本申请实施例的技术方案具有以下有益效果:

14、本申请实施例的分子对接方法中,其提供了一种半柔性分子对接方案,分子对接模型在保证不破坏配体的分子式的前提上仅针对配体信息进行柔性变化,能够有效减少计算量,并保证分子对接结果的精确性。

15、进一步,本申请还提供了一种专门设计用于半柔性分子对接的伊辛求解体系的硬件系统,通过空间离散化和qubo数学模型,实现对伊辛模型(ising model)的高效运行。



技术特征:

1.一种分子对接方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分子对接模型用于执行以下步骤:

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通过现场可编程门阵列芯片或专用集成电路实现所述伊辛模型。

4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述获取构象空间包括:获取半柔性分子的热力学近似分布;

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述采样所述半柔性分子的构象,并将满足条件的所述半柔性分子的构象作为候选构象,包括:

6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述采样所述半柔性分子的构象,并将满足条件的所述半柔性分子的构象作为候选构象,包括:

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于以下至少一个因素对所述半柔性分子评分:平方平均数偏差、配体-受体分数、能量函数、相互作用能量、疏水性匹配、氢键数。

8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述计算所述伊辛模型的最优解包括:

9.一种计算设备,包括处理器和存储装置,所述存储装置适于存储多条程序代码,其特征在于,所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至8中任一项的所述方法。

10.一种计算机可读存储介质,其中存储有多条程序代码,其特征在于,所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至8中任一项的所述方法。


技术总结
一种分子对接方法、计算机可读存储介质、计算设备,所述方法包括:获取受体的信息和配体的信息;将所述受体的信息和所述配体的信息输入至分子对接模型中,在所述分子对接模型的输出端得到所述受体和所述配体的对接结果;其中,所述分子对接模型用于对所述配体进行柔性变化,并基于所述受体和柔性变化后的配体,对所述受体和配体进行对接得到半柔性分子,对所述半柔性分子进行评分,并根据所述半柔性分子的评分得到所述对接结果。由此,能够有效降低计算量,提高分子对接的执行效率。

技术研发人员:杨博凡,姚雨,朱欣岳
受保护的技术使用者:寒序科技(北京)有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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