«Высокий уровень точности»: российские учёные создали онлайн-сервис для прогнозирования химических реакций

Российские учёные из института SCAMT петербургского Университета ИТМО создали и запустили онлайн-платформу DiZyme для прогнозирования активности искусственных ферментов — наночастиц. Описание принципов работы сервиса опубликовано в научном журнале Small.

Онлайн-сервис находится в открытом доступе и содержит базу данных неорганических наночастиц, способных выполнять роль природных ферментов (специальных белков, ускоряющих биохимические реакции). Компьютерные алгоритмы позволяют спрогнозировать, как будет протекать та или иная каталитическая реакция с наночастицами. Обычно такие предварительные расчёты проводятся химиками вручную, что требует огромного количества времени и дорогостоящих реактивов.

Искусственный интеллект просчитывает реакцию за несколько секунд, отмечают авторы проекта. Кроме того, алгоритм подсказывает, какие условия проведения реакции будут оптимальными: в систему вводятся параметры, и она выдаёт график зависимости активности наночастиц от разных условий реакции— температуры, pH и т. д.

• Изображение на главной странице ресурса DiZyme
• © dizyme.net

Природные ферменты обладают высокой каталитической активностью и могут использоваться в медицине и других сферах, но процесс их получения дорогой и сложный. С 1960-х годов в мире ведутся работы по созданию искусственных ферментов.

Альтернативой органическим катализаторам могут служить наночастицы неорганических веществ, обладающие высокой активностью — нанозимы. Такие частицы достаточно просто получать, и они не столь требовательны к условиям хранения, как натуральные ферменты.

Также по теме

Для биомедицины и нефтехимии: российские учёные предложили простой метод создания полых наночастиц из жидких металлов

Российские учёные разработали простую и дешёвую методику изготовления полых наночастиц из различных жидких металлов. Капли жидкого...

Наноматериалы обладают широким спектром свойств, которые можно изменять. Например, можно менять форму наночастиц или химически модифицировать их поверхность для максимального усиления каталитической активности.

Сегодня нанозимы используются в медицинской диагностике и других сферах, включая биосенсорику. Сервис для компьютерного моделирования активности искусственных ферментов может существенно ускорить разработки в этой сфере, отмечается в сообщении пресс-службы ИТМО.

«Наш сервис направлен в первую очередь на исследование наночастиц с пероксидазной активностью. По этим системам у нас накоплен большой массив данных. Любой желающий может зайти на сайт, ввести интересующую химическую формулу и параметры наночастицы, после этого алгоритм спрогнозирует её активность. Весь процесс занимает считаные секунды», — отметила в интервью RT первый автор исследования, студентка магистратуры ИТМО Юлия Разливина.

Пероксидазами называют ферменты, ускоряющие в живых клетках реакции окисления с участием перекиси водорода. В медицине такие соединения применяют для биохимического исследования крови и мочи.

Как рассказал в комментарии RT доктор химических наук, руководитель института SCAMT Университета ИТМО Владимир Виноградов, платформа прошла проверку на практике.

«Для этого мы выбрали 16 разных образцов, на которых измерили пероксидазную активность, чтобы сравнить, насколько точны предсказания платформы. Получилось, что примерно у 70% систем сервис показал очень хорошее совпадение по параметрам. У остальных 30% значения попадают в допустимый предел точности для оценки перед проведением экспериментов. Это говорит о том, что наша платформа обладает высоким уровнем точности предсказания ферментативной активности», — отметил учёный.

• Legion-Media

Онлайн-платформа станет подспорьем для химиков как при проведении прикладных разработок, так и при фундаментальных исследованиях, уверены её создатели.

В будущем возможности ресурса могут расшириться. Как пояснил один из авторов проекта, аспирант Университета ИТМО Никита Серов, после оцифровки достаточного количества экспериментальных данных ресурс может использоваться в других областях каталитической химии.

«Наша задача — значительно ускорить экспериментальные исследования и минимизировать затраты на них. Чем больше учёных пользуется нашей платформой, тем лучше она становится. В этом её главное преимущество», — подчеркнул он.