Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время наблюдается повышенный интерес к проблеме компьютерного дизайна органических структур с заранее заданными свойствами. Поиск и анализ количественной связи структура - свойство СКССС) и структура - активность СКССА) становится широко развиваемой областью химии.
Решение задачи нахождения структур с заданной активностью можно условно разделить на два этапа. На первом этапе по группе соединений с известным значением активности Собучающая выборка) строится количественная модель "структура - активность". На втором этапе построенная модель используется для предсказания свойств новых структур,,которые должны удовлетворять области прогностичнос-ти модели. Для этого новые структуры можно представлять в виде комбинаций фрагментов, входящих в структуры обучающей выборки. Получение таких комбинаций - это комбинаторный процесс, требующий больших временных затрат, что делает актуальной задачу разработки специальных компьютерных программ, называемых структурными генераторами. Генератор структур - это компьютерная программа, позволяющая получать из заданных структурных фрагментов все возможные молекулярные структуры путем комбинирования и слияния вместе этих фрагментов всеми различными способами с учетом заданных ограничений. Выделив нужные фрагменты из соединений обучающей выборки, с помощью программы генерации можно быстро создать большое число новых потенциально активных структур, на основании полученных моделей спрогнозировать их активность и отобрать из всего множества сгенерированных структур небольшое подмножество соединений с нужным значением активности по всем регрессионным уравнениям. Таким эбразом, генерация структур является важным этапом в процессе юиска структур с заданной активностью.
Цель работы. Целью работы явилось создание компьютерной программы генерации структур ациклическим способом для целей КССА.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
- разработка метода ациклической генерации структур, содер-
сащих один и тот же остов;
математическое обоснование корректности использования пред-юженного метода для решения задачи эффективной, исчерпывающей и еизбыточной генерации структур;
создание компьютерной программы, реализующей разработанный
алгоритм генерации;
- иллюстрация работы генератора на конкретных выборках
"структура - биологическая активность" с целью поиска потенциально
актизных структур.
Методы исследования. Предлагаемый в работе алгоритм генерации структур был реализован на языке TURBO PASCAL 6.0; соответствующая компьютерная программа генерации ориентирована на персональные компьютеры типа IBM PC/AT. Для иллюстрации работы генератора был использован программный комплекс "ЭММА", разработанный на химическом факультете МГУ Сухачевым Д.В., Палюлиным В. А., Баскиным И. И., Петелиным Д.Е. под руководством академика Н. С. Зефирова.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен метод генерации структур с заданным центральным фрагкентом (остовом), заместители которого получаются путем ациклического комбинирования исходных микрофрагментов между собой с учетом структурных ограничений;
математически доказана корректность решения поставленной задата (полнота и неизбыточность генерации);
разработана компьютерная программа "GOLD", эффективно реализующая предложенный метод генерации структур;
с помощью разработанной программы предложены структуры новых потенциально активных соединений - триазиндионов (антикокцидная активность), барбитуратов (гипнотическая активность), фенилалкил-аминав (галлюциногенная активность).
Практическая значимость работы состоит в создании компьютерной программы генерации структур "GOLD", которая может использоваться для существенного повышения эффективности создания новых веществ с заданными свойствами. Программа "GOLD" уже применяется в МГУ им. М. В.Ьмоносова, в ИФАВ РАН, в НИИШП.
Апробация. Результаты работы доложены на межвузовской
конференции "Молекулярные графы в химических исследованиях"
(КалЕнин, 1990г.), на I Всесоюзной конференции по теоретической
органической химии (Волгоград, 1991г.), на IX Всесоюзной конфе
ренции "Химическая информатика" (Черноголовка, 1992), на семинаре
академика Н. С. Зефирова в ИОХ РАН (Москва, 1991), на семинаре в
ВИНИТИ (Москва, 1992). ^
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на /Ь JL стракацах машинописного текста и состоит из введения, трех глав,
выводов и списка литературы С11} наименований).