网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nature子刊丨药物分子会在哪里发生反应?ETH与罗氏用AI预测硼化位点

0
分享至



编辑丨&

设计出一个具有潜在药理活性的分子,只是药物研发的起点。候选分子能否顺利合成、化学反应会发生在分子的哪个位置,同样决定了它能否进入后续研究。尤其是在先导化合物优化阶段,研究人员经常需要在已有分子骨架上进行局部改造,快速获得一系列结构相近、性质不同的候选分子。

C–H 硼化反应就是一种重要的分子改造方式。它可以把分子中的碳氢键转化为含硼官能团,为后续交叉偶联等反应提供反应位点。但对包含多个相似碳氢键的复杂分子而言,预测反应究竟能否发生、具体会发生在哪个位置,都不容易。

10 月 9 日发表于《Nature Computational Science》的「Advancing chemical reaction prediction in data-scarce drug discovery with active and geometric deep learning」中,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)与罗氏创新中心(Roche Innovation Center)的团队将主动学习与几何图神经网络结合,构建了一套由模型挑选实验、实验结果反过来更新模型的闭环流程,以更可靠地预测药物分子的反应结果与反应位点。



论文链接:https://www.nature.com/articles/s43588-026-01063-0

赋能闭环学习框架

研究首先处理的是数据问题。化学反应预测模型需要足够多、结构多样的实验数据,但高通量实验仍然需要消耗真实的化合物、试剂和实验资源。如果只是不断扩大实验规模,成本很快就会成为限制。

研究团队先整理了覆盖 518 种底物的初始数据,其中包含 2,044 组高浓度基因检测(HTE)数据点。随后,他们使用 XGBoost 集成模型,根据分子的 ECFP4 指纹特征,预测某个底物在所考察的反应条件下能否发生硼化。这里的任务首先只确认反应是否成功,而不是直接进行最终产率或反应位点的预测。



图 1:主动学习工作流程与神经网络架构。

关于为什么选择 XGBoost 模型,团队在基础测试阶段就对 Random Forest、CatBoost 和 XGBoost 展开了基础测试,其中 XGBoost 以其更优越的分类性能和不确定性校准被选中。

接下来,模型开始参与实验选择。团队从罗氏拥有的 22,253 种类药物芳香族化合物中筛选候选底物,并通过主动学习策略,优先选择能够提供新信息、拓展模型认知范围的分子。具体使用的 BALD 采集函数会考虑模型的不确定性,帮助实验从已知结构逐步扩展到数据较少的化学区域。



图 2:通过主动学习对化学空间的前瞻性穿越。

三轮实验筛选了共计 50 种新底物。研究人员在不同反应条件下开展实验,将新结果重新加入数据集,再用于下一轮模型训练和选样。仅主动学习阶段就产生了 4,821 组反应结果;加上初始数据,总计达到 6,865 组反应结果,覆盖 568 种独特底物。

高精度二元反应预测

随着数据集在主动学习中扩展,研究团队下一步就是将任务推进到几何图神经网络(GNN)。

与主要根据分子指纹进行分类的模型不同,几何图神经网络将分子表示为由原子和化学键构成的图,并进一步利用原子的三维坐标来表征空间结构。分子的旋转、平移以及原子排列方式会影响表示方法,因此模型通过相应的几何结构设计,在处理这些变化时保留与反应相关的信息。



图 3:博里化的区域选择性。

研究团队还加入了两种自监督辅助任务:节点遮蔽和坐标去噪。前者要求模型根据周围信息恢复被遮蔽的原子类型,后者则让模型学习从扰动后的坐标中恢复原有空间结构。它们为模型提供了额外的训练信号,不必完全依赖带有反应标签的数据。

结果显示,随着主动学习不断扩充数据,几何图神经网络的预测表现总体有所改善。在更具挑战性的骨架划分中,最终一轮训练后,几何图神经网络的马修斯相关系数(MCC)平均约为0.43至0.50,而表现最好的XGBoost模型为0.35 ± 0.12。

实现复杂分子支架的快速多样化

这项研究把主动学习的实验选样、反应数据积累和几何深度学习的位点预测串成一个流程。前一阶段利用较轻量的模型寻找有信息价值的实验,后一阶段则利用扩充后的数据训练更能处理分子三维结构的模型,并在新的底物上检验预测结果。

当前研究聚焦于 C–H 硼化这一类具体反应,也没有直接证明模型能够预测各种化学反应的产率或替代完整的合成开发流程。当下团队所展示的是一种更实用的工作方式:用模型协助研究人员决定实验资源的投放,再通过真实实验不断修正模型对化学反应的理解。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
果然没猜错,刚说完保留75%领土谈判才两天,泽连斯基态度就变了

果然没猜错,刚说完保留75%领土谈判才两天,泽连斯基态度就变了

军机图
2026-10-26 09:45:17
樊振东诺坎普看国家德比:被安检拒绝入场!遭巴萨球迷投诉是“卧底”

樊振东诺坎普看国家德比:被安检拒绝入场!遭巴萨球迷投诉是“卧底”

念洲
2026-10-26 13:43:26
法媒:亚马尔排名CIES金球奖第1,奥利塞第2,凯恩和梅西排34

法媒:亚马尔排名CIES金球奖第1,奥利塞第2,凯恩和梅西排34

懂球帝
2026-10-26 18:39:11
当不成巴西总统?博索纳罗对华表态激起千层浪,头号敌人还有底牌

当不成巴西总统?博索纳罗对华表态激起千层浪,头号敌人还有底牌

经纬戎韬
2026-10-15 00:15:02
踢皇马赛前打封闭!巴萨官宣19岁新星重伤+今年报销,伤员已达6人

踢皇马赛前打封闭!巴萨官宣19岁新星重伤+今年报销,伤员已达6人

小火箭爱体育
2026-10-26 22:42:48
多所高校将通过数字人民币发工资,网友:会不会所有人都身无分文?

多所高校将通过数字人民币发工资,网友:会不会所有人都身无分文?

东方豪侠
2026-10-26 18:16:19
塞尔维亚选举揭晓:学生风暴选举中获胜,武契奇时代轰然落幕

塞尔维亚选举揭晓:学生风暴选举中获胜,武契奇时代轰然落幕

今观天下
2026-10-26 09:12:34
涉案11.66亿!全国最大酒商倒塌,这一造富神话彻底破灭

涉案11.66亿!全国最大酒商倒塌,这一造富神话彻底破灭

纳食
2026-10-26 10:26:22
中印边境地区再现“面对面”对峙

中印边境地区再现“面对面”对峙

凤眼论
2026-10-26 14:22:12
天空:卡里克已离开卡灵顿,俱乐部高层商讨下一步行动

天空:卡里克已离开卡灵顿,俱乐部高层商讨下一步行动

懂球帝
2026-10-27 01:41:10
法国乱了,英国乱了,意大利也乱了,欧洲各国正在走向全面失控?

法国乱了,英国乱了,意大利也乱了,欧洲各国正在走向全面失控?

晰知
2026-10-26 14:39:01
原来他已在美国去世,仅55岁,是中国男篮名宿,哥哥是篮球"狂"徒

原来他已在美国去世,仅55岁,是中国男篮名宿,哥哥是篮球"狂"徒

娱圈办事处
2026-10-26 14:42:15
涉嫌严重违纪违法,宋黎定被查!

涉嫌严重违纪违法,宋黎定被查!

中国基金报
2026-10-26 22:38:22
5战全败!许钟豪执教首秀宁波遭吉林大逆转 姜伟泽22分

5战全败!许钟豪执教首秀宁波遭吉林大逆转 姜伟泽22分

醉卧浮生
2026-10-26 21:29:21
苹果突然发布新款 iPad mini,这价格也太离谱了!

苹果突然发布新款 iPad mini,这价格也太离谱了!

XCiOS俱乐部
2026-10-26 21:38:09
凌晨,美国飞北京航班起飞后突然返航,机上有262人,航司回应

凌晨,美国飞北京航班起飞后突然返航,机上有262人,航司回应

南方都市报
2026-10-26 08:21:39
中国国民党前主席洪秀柱公开表示:日本根本就是一个“无大义、无大德、轻廉耻、畏威而不怀德”的国家

中国国民党前主席洪秀柱公开表示:日本根本就是一个“无大义、无大德、轻廉耻、畏威而不怀德”的国家

吉刻新闻
2026-10-25 18:34:54
油价调整通知:10月29日24时,预计92号汽油上涨0.27元/升,95号汽油上涨0.29元/升,0号柴油上涨0.28元/升

油价调整通知:10月29日24时,预计92号汽油上涨0.27元/升,95号汽油上涨0.29元/升,0号柴油上涨0.28元/升

吉刻新闻
2026-10-26 20:06:49
越扒越有!身披旭日旗的陈宇昕祖孙三代曝光:他们都是精日分子

越扒越有!身披旭日旗的陈宇昕祖孙三代曝光:他们都是精日分子

平老师666
2026-10-26 21:31:08
信访新规强调:越级上访就问责!可如果基层不受理,该到哪说理去

信访新规强调:越级上访就问责!可如果基层不受理,该到哪说理去

细说职场
2026-10-26 12:52:07
2026-10-27 05:11:00
ScienceAI incentive-icons
ScienceAI
关注人工智能与其他前沿技术
1437文章数 238关注度
往期回顾 全部

科技要闻

苹果发iPad mini 8:5499元起售 配A20 Pro

头条要闻

外媒称"中印边境发生冲突印度指责中国军队" 中方回应

头条要闻

外媒称"中印边境发生冲突印度指责中国军队" 中方回应

体育要闻

13年后重回诺坎普,穆里尼奥又滑跪了

娱乐要闻

胡歌杨幂刘诗诗袁弘陈龙结伴去埃及

财经要闻

卢锋:全球失衡背后 大国博弈与多边治理

汽车要闻

云辇-M上车 第二代海豹07让驾驶者也能爱上的家用车

态度原创

数码
游戏
房产
公开课
军事航空

数码要闻

苹果把TechWoven编织面料引入iPad mini 智能保护套售价79美元

黑客上报PS5漏洞获利33万元 又买GTA6又救绝症老母

房产要闻

海甸岛26万人,还缺一个年轻人“待得住”的地方

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

高清大图!歼-15红蓝对抗训练最新画面

无障碍浏览 进入关怀版