شماره ركورد
33658
پديد آورنده
حسين شيراني
عنوان
كاربرد يادگيري ماشين با استفاده از داده¬هاي كوانتومي در تخمين پتانسيل¬هاي درون مولكولي براي ساختارهاي دارويي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي فيزيك
سال تحصيل
1397
تاريخ دفاع
1404/05/04
استاد راهنما
سيد مجيد هاشميان زاده
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
شيمي
چكيده
سطح انرژي پتانسيل بهعنوان يكي از كليديترين مفاهيم در درك رفتارهاي شيميايي و فيزيكي سيستمهاي مولكولي محسوب ميشود. در طراحي دارو، بررسي دقيق اين سطوح، نقش پايه¬اي در بهينهسازي برهمكنشهاي دارو-پروتئين، افزايش انتخابپذيري دارو و كاهش اثرات جانبي دارد. روشهاي رايج محاسبات مكانيك كوانتومي مانند نظريه تابعي چگالي گرچه دقيقاند ولي براي سيستمهاي مولكولي بزرگ پرهزينه و زمانبر هستند. در اين پژوهش از يك پتانسيل شبكه عصبي عميق¬ تحت عنوان ANI-1x به عنوان يك ابزار يادگيري ماشين، براي تخمين سطوح انرژي پتانسيل ساختار مولكولي دو داروي لوودوپا و رسوراترول مورد استفاده در درمان بيماري پاركينسون استفاده شده است. ما در اين پژوهش نشان داديم كه مدل شبكه عصبي عميق¬ ANI-1x¬ آموزش ديده بر روي داده¬هاي كوانتومي، اين توانايي را دارد كه با دقت بالا و سرعت هزاران برابر بيشتر نسبت به روش¬هاي معمول نظريه تابعي چگالي، سطوح انرژي پتانسيل ساختارهاي مولكولي دو داروي مورد مطالعه در اين پژوهش را پيشبيني كند. انرژيهاي الكتروني و پارامترهاي ساختاري محاسبهشده توسط نظريه تابعي چگالي با استفاده از روش wB97X و تمامي مجموعههاي پايه پاپل نشان داد كه مجموعه پايه 6-31G(d) هنگامي كه با تابع هيبريدي wB97X استفاده ميشود، رفتاري مشابه با ANI-1x نشان ميدهد. همچنين بررسي فركانسهاي ارتعاشي مولكول يك همبستگي خطي بين دادههاي كوانتومي و يادگيري ماشين را نشان داد. محاسبات انجام شده جهت بهينه¬سازي ساختار مولكولي و استخراج سطوح انرژي پتانسيل مولكولي داروها با روش ANI-1x به حداقل منابع محاسباتي نياز داشتند. بنابراين رويكرد استفاده از ابزار محاسباتي ANI-1x در مطالعات كشف دارو و طراحي دارو مبتني بر ساختار¬ مي¬تواند يك راهبرد باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/06/27
عنوان به انگليسي
Utilization of Machine Learning Using Quantum Data to Predict Intramolecular Potentials for Pharmaceutical Structures
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسين شيراني
چكيده به لاتين
The potential energy surface is considered one of the most fundamental concepts in understanding the chemical and physical behaviors of molecular systems. In drug design, detailed examination of these surfaces plays a foundational role in optimizing drug–protein interactions, enhancing drug selectivity and reducing side effects. Common quantum mechanical computational methods such as Density Functional Theory (DFT), although accurate, are costly and time-consuming for large molecular systems. In this study, a deep neural network potential known as ANI-1x was employed as a machine learning tool to estimate the potential energy surfaces of the molecular structures of two drugs—Levodopa and Resveratrol—used in the treatment of Parkinson’s disease. We demonstrated that the ANI-1x deep neural network model, trained on quantum data, is capable of predicting the potential energy surfaces of the molecular structures of the two studied drugs with high accuracy and at speeds thousands of times faster than conventional DFT methods. The electronic energies and structural parameters calculated using DFT with the wB97X functional and all Pople basis sets showed that the 6-31G(d) basis set, when used with the wB97X hybrid functional, exhibits behavior similar to ANI-1x. Furthermore, analysis of the vibrational frequencies of the molecule revealed a linear correlation between quantum data and machine learning predictions. The computations performed for molecular structure optimization and extraction of molecular potential energy surfaces using the ANI-1x method required minimal computational resources. Therefore, the approach of using the ANI-1x computational tool in structure-based drug discovery and design studies can serve as a strategic method.
كليدواژه هاي فارسي
سطح انرژي پتانسيل , يادگيري ماشين , پتانسيل شبكه عصبي عميق , محاسبات كوانتومي , پاركينسون , لوودوپا , رسوراترول
كليدواژه هاي لاتين
Potential energy surface , machine learning , deep neural network potential , quantum computations , Parkinson’s disease , Levodopa , Resveratrol
Author
Hossein Shirani
SuperVisor
Seyed Majid Hashemianzadeh