Informatyka chemiczna

Informatyka chemiczna (chemioinformatyka) – nauka zajmująca się wykorzystaniem informatyki do rozwiązywania różnorodnych problemów chemicznych.

Te techniki, nazywane często metodami in silico, wykorzystywane są do przeprowadzania obliczeń w chemii obliczeniowej i chemii kwantowej, a także w procesie projektowania leków.

Historia

Termin „chemioinformatyka” został po raz pierwszy zdefiniowany przez Franka K. Browna[1][2] w 1998 roku:

Chemioinformatyka polega na wykorzystaniu zasobów informatycznych koniecznych do przekształcenia danych w informacje a informacji w wiedzę celem szybszego podejmowania lepszych decyzji na polu identyfikacji i optymalizacji leków[a].

Podstawy

Chemioinformatyka wykorzystuje dorobek chemii i informatyki do rozwiązywania problemów takich jak teoria grafów chemicznych oraz wyczerpujące badania przestrzeni chemicznej[3][4]. Przeprowadzone dotychczas obliczenia wskazują, że cała przestrzeń chemiczna zawiera co najmniej możliwych związków chemicznych.

Chemioinformatyka zajmuje się także tworzeniem i usprawnianiem narzędzi pozwalających przeszukiwać chemiczne bazy danych oraz integrowaniem i porządkowaniem deponowanych tam informacji. Nauka ta znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu chemicznego do analizy i przetwarzania danych chemicznych.

Zastosowania

Chemiczne bazy danych

Przechowywanie i katalogowanie danych stanowi jeden z głównych celów tej dyscypliny. Tematyka ta wiąże się z takimi zagadnieniami nauk komputerowych jak eksploracja danych oraz uczenie maszynowe. Problemy badawcze związane z eksploracją danych koncentrują się na:

  • eksploracji baz danych
  • eksploracji grafów
  • eksploracji związków chemicznych
  • analizy sekwencji (jednakże jest to głównie domena bioinformatyki)
  • analizy danych strukturalnych

Formaty plików chemicznych

Do wygodnego przechowywania informacji o wzorach strukturalnych związków chemicznych wykorzystuje się wyspecjalizowane formaty zapisu danych, takich jak oparty na XML-u Chemical Markup Language oraz SMILES. Dane w tej postaci są często deponowane w dużych bazach danych. Formaty zapisu z rozszerzeniami takimi jak .pdb, .ent lub .cif służą do przechowywania informacji o przestrzennej budowie związków chemicznych natomiast wiele innych zawiera dane jedynie o wzorze dwuwymiarowym lub właściwościach fizykochemicznych.

Screening wirtualny

W przeciwieństwie do screeningu wysokoprzepustowego metoda ta zakłada wygenerowanie rozległej wirtualnej biblioteki związków chemicznych, które następnie poddawane są analizie. Zazwyczaj polega ona na przeprowadzeniu dokingu molekularnego w celu znalezienia związków najsilniej oddziałujących z cząsteczką, którą próbkuje się bibliotekę. W niektórych przypadkach stosuje się też chemię kombinatoryczną do rozbudowy potrzebnej biblioteki związków. Często także stosuje się przeszukiwanie bibliotek złożonych z wyizolowanych związków naturalnych.

Ilościowa zależność między strukturą a reaktywnością (QSAR)

Termin „ilościowa zależność między strukturą a reaktywnością” (QSAR, z ang quantitative structure–activity relationship) obejmuje szereg technik obliczeniowych i statystycznych wykorzystywanych do przewidywania aktywności biologicznej związków w oparciu o ich strukturę bez odwoływania się do metod modelowania molekularnego. QSAR wykazuje znaczne podobieństwo metodologiczne do chemometrii, szczególnie pod kątem statystycznej obróbki danych.

Zobacz też

Uwagi

  1. ↑ Tekst oryginalny: Chemoinformatics is the mixing of those information resources to transform data into information and information into knowledge for the intended purpose of making better decisions faster in the area of drug lead identification and optimization[1].

Przypisy

  1. ↑ a b F.K. Brown. Chapter 35. Chemoinformatics: What is it and How does it Impact Drug Discovery. „Annual Reports in Medicinal Chemistry”. 33, s. 375, 1998. DOI: 10.1016/S0065-7743(08)61100-8. 
  2. ↑ Frank Brown. Editorial Opinion: Chemoinformatics – a ten year update. „Current Opinion in Drug Discovery & Development”. 8 (3), s. 298–302, 2005. PMID: 15892243. 
  3. ↑ Gasteiger J.(Editor), Engel T.(Editor): Chemoinformatics : A Textbook. John Wiley & Sons, 2004, ISBN 3-527-30681-1
  4. ↑ A.R. Leach, V.J. Gillet: An Introduction to Chemoinformatics. Springer, 2003, ISBN 1-4020-1347-7