CN108416184A - 化合物的3d展示方法和系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种化合物的3D展示方法和系统。该方法可以包括:创建化合物库和分子描述符库,所述分子描述符库中的分子描述符表示化合物的性质;创建3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种;根据化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,将所述化合物对应的展示体以设定的3D形式展示在所述3D空间中。根据本发明的化合物的3D展示方法和系统,直观地向观测者展示化合物群体在化学空间的分布状况,可以通过研究化合物群体的分布规律,应用这些规律来评价或预测新的化合物的属性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助分子设计领域,具体地,涉及一种化合物的3D展示方法和系统。
背景技术
研究化合物群体特征对掌握其基本规律、促进新发现起着重要的作用。例如,研究药物的成药性,对新药研发具有重要意义。其中一个常用的方法是分析某一特定群体在化学空间中相对于其他群体的分布规律。
这些研究遇到的主要瓶颈是无法有效地在大范围化学空间中展示特定化合物群体的分布规律,比如药物在活性化学空间的分布规律,其主要原因是化合物数量巨大,目前常用的平面图形展示方法展示能力非常有限,远远不能满足大范围化学空间展示的需求。因此,有必要开发一种新的方法和系统来解决这个需求。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明的提出了一种化合物的3D展示方法和系统。
根据本发明的一个方法,化合物的3D展示方法可以包括:
创建化合物库和分子描述符库,所述分子描述符库中的分子描述符表示化合物的性质;
创建3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种;
根据化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,将所述化合物对应的展示体以设定的3D形式展示在所述3D空间中,
其中,所述三种描述方式包括:以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,以谷本系数定义的化学分子结构相似性,以及以化学分子母核定义的化合物相互关系。
优选地,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴中至少有一个代表以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质。
优选地,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表三种不同的描述方式。
优选地,所述化合物库包括合成化合物库和/或天然化合物库,所述合成化合物库包括上市药库、临床药库、靶点的抑制剂库、中草药成分库、人体代谢产物库、食品添加剂库、农药库、毒性化合物库和工业用化合物库中的至少一种。
优选地,对应于所述化合物的展示体的3D形式为球状或者所述化合物的空间结构。
优选地,属于不同化合物群体的化合物对应的展示体用不同的颜色或大小表示。
优选地,所述分子描述符包括表征化合物的分子物性、化学特性、分子连接性和形状、电性拓扑态的描述符。
根据本发明的另一方面,化合物的3D展示系统可以包括:
化合物库和分子描述符库,所述分子描述符库中的分子描述符表示化合物的性质;
3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种;
至少一个展示体,所述展示体对应于选自所述化合物库中的一种化合物,且根据所述化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,以设定的3D形式展示在所述3D空间中,
其中,所述三种描述方式包括:以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,以谷本系数定义的化学分子结构相似性,以及以化学分子母核定义的化合物相互关系;
任选的虚拟现实设备,用于观测所述展示体。
优选地,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴中至少有一个代表以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质。
优选地,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表三种不同的描述方式。
优选地,所述化合物库包括合成化合物库和/或天然化合物库,所述合成化合物库包括上市药库、临床药库、靶点的抑制剂库、中草药成分库、人体代谢产物库、食品添加剂库、农药库、毒性化合物库和工业用化合物库中的至少一种。
优选地,对应于所述化合物的展示体的3D形式为球状或者所述化合物的空间结构。
优选地,属于不同化合物群体的化合物对应的展示体用不同的颜色或大小表示。
优选地,所述分子描述符包括表征化合物的分子物性、化学特性、分子连接性和形状、电性拓扑态的描述符。
根据本发明的化合物的3D展示方法和系统,直观地向观测者展示化合物群体在化学空间的分布状况,可以通过研究化合物群体的分布规律,应用这些规律来评价或预测新的化合物的属性。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述,这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施例中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为根据本发明的一个实施方案的化合物的3D展示方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1为根据本发明的一个实施方案的化合物的3D展示方法的流程图。
本实施例的方法可以包括以下步骤:
1)创建化合物库和分子描述符库
可以创建一种或多种化合物库。本领域技术人员能够理解,本发明所述的化合物库可以为待分析的任何多种化合物的集合。例如,可以创建合成化合物库和/或天然化合物库。
其中,所述合成化合物库可以为本领域已存在的各种类型的化合物库,包括但不限于上市药库、临床药库、靶点的抑制剂库、中草药成分库、人体代谢产物库、食品添加剂库、农药库、毒性化合物库和工业用化合物库中的至少一种。其中,所述上市药库包括1500个上市药,所述临床药库包括3000个临床药,所述靶点的抑制剂库包括上百个靶点的抑制剂(每个靶点一组),所述中草药成分库包括2万个中草药成分,所述人体代谢产物库包括2000个人体代谢产物,所述食品添加剂库包括1000个食品添加剂,所述农药库包括500个农药,所述毒性化合物库包括3万个毒性化合物。所述天然化合物库包括7000万个化合物,其中包括100万种活性化合物和14万种天然产物。
本领域技术人员应当理解,可以根据需要在所述化合物库中增加化合物。
所创建的分子描述符库中的分子描述符可以表示所述化合库中的化合物的各种性质。分子描述符库可以包括多种分子描述符,例如可以包括(但不限于)表征化合物的分子物性、化学特性、分子连接性和形状、电性拓扑态的描述符,具体如表1所示。
表1分子描述符库所包括的分子描述符
分子描述符可以作为合理的信息和预测,例如,Lipinski氏五规则。目前分子描述符的选择方法主要有主成分分析(PCA)、逐步回归(SR)、因子分析(FA)以及偏最小二乘分析(PLS)等,在本方法中优先采用主成分分析法对进行分子描述符的选择。
本领域技术人员应当理解,可以根据需要在所述分子描述符库中增加新的分子描述符。
2)创建3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种。
所述三种描述方式包括:以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,以谷本系数定义的化学分子结构相似性,以及以化学分子母核定义的化合物相互关系。
以谷本系数定义的化学分子结构相似性的概念为本领域技术人员公知。其中,所述谷本系数用于计算符号度量或布尔值度量的个体间的相似度,其值等于两个用户共同关联的物品数量除以两个用户分别关联的所有物品数量。
所述以化学分子母核定义的化合物相互关系的概念本领域技术人员公知。其中,所述化学分子母核用于寻找化合物之间的相对位置,具体做法是基于母核结构的环的数量和环之间连接物长度分层级,每层内部再基于结构相似性聚类,找到化合物之间的相对位置。
在示例性实施例中,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴中至少有一个代表以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质的描述方式。
在示例性实施例中,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表三种不同的描述方式。
即,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴优选有一个轴为以所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,例如以分子极化率表示化合物的化学性质,还有一个轴为以谷本系数定义的化学分子结构相似性,另外一个轴为以化学分子母核定义的化合物相互关系。
本领域技术人员应当理解,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴还可以有其他的表示方式,例如其中两个轴分别以不同的分子描述符表示化合物性质,或者三个轴分别以不同的分子描述符表示化合物性质等等。
3)根据所述化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,将所述化合物对应的展示体以设定的3D形式展示在所述3D空间中。
其中,X轴坐标是通过PCA分析处理化合物在所述分子描述符库中的物化性质描述符后得到的第一个主成分数值的位置;Y轴坐标是通过谷本系数算出化合物子结构指纹树图关系后得到的化合物位置;Z轴坐标是通过划分母核结构层次分类后得到的化合物位置。
在示例性实施例中,对应于所述化合物的展示体的3D形式为球状或者所述化合物的空间结构。属于不同化合物群体的化合物对应的展示体可以用不同的颜色或大小表示。化合物群体的颜色可以是自动分配的,也可以是用户根据偏好选择的。
例如,当从小分子化合物库中选择一个合成化合物或天然化合物,其在所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴上都具体相应的坐标值,则可以将其定位到所述3D空间中进行显示。当多个化合物都显示在所述3D空间中,则通过各个化合物展示体在所述3D空间中的位置和相互距离则可以反映出化合物群体的分布规律。通过研究这种分布规律可以评价或预测新的化合物的属性。
本发明的另一个实施例提出了一种用化合物的3D显示系统。所述系统可以包括:
化合物库和分子描述符库,所述分子描述符库中的分子描述符表示化合物的性质;
3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种;
至少一个展示体,所述展示体对应于选自所述化合物库中的一种化合物,且根据所述化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,以设定的3D形式展示在所述3D空间中,
其中,所述三种描述方式包括:以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,以谷本系数定义的化学分子结构相似性,以及以化学分子母核定义的化合物相互关系;
任选的虚拟现实设备,用于观测所述展示体。
在示例性实施例中,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴中至少有一个代表以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质的描述方式。
在示例性实施例中,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表三种不同的描述方式。
在示例性实施例中,所述化合物库包括合成化合物库和/或天然化合物库,所述合成化合物库包括上市药库、临床药库、靶点的抑制剂库、中草药成分库、人体代谢产物库、食品添加剂库、农药库、毒性化合物库和工业用化合物库中的至少一种。
在示例性实施例中,对应于所述化合物的展示体的3D形式为球状或者所述化合物的空间结构。
在示例性实施例中,属于不同化合物群体的化合物对应的展示体用不同的颜色或大小表示。
在示例性实施例中,所述分子描述符包括表征化合物的分子物性、化学特性、分子连接性和形状、电性拓扑态的描述符。
在示例性实施例中,可以通过虚拟现实设备观测所述展示体。
具体地,将虚拟现实VR设备与所述化合物的3D展示系统连接,用户通过该虚拟现实设备可以产生置身于所述3D空间中的感受,用户就像在所述化合物的3D展示系统所虚拟出来的3D空间中漫游来观测不同颜色的化合物群体在化学空间的分布状况。
进一步地,通过kinect等可以进行光学或电磁或视频地用户动作捕捉,使用户动作真实反馈到虚拟的3D空间中,以此可以实现对小球形状的化合物进行各种操作,例如移动其位置或者观看其具体的空间结构。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种化合物的3D展示方法,其特征在于,包括:
创建化合物库和分子描述符库,所述分子描述符库中的分子描述符表示化合物的性质;
创建3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种;
根据化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,将所述化合物对应的展示体以设定的3D形式展示在所述3D空间中,
其中,所述三种描述方式包括:以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,以谷本系数定义的化学分子结构相似性,以及以化学分子母核定义的化合物相互关系。
2.根据权利要求1所述的化合物的3D展示方法,其特征在于,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴中至少有一个代表以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,优选地,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表三种不同的描述方式。
3.根据权利要求1或2所述的化合物的3D展示方法,其特征在于,所述化合物库包括合成化合物库和/或天然化合物库,所述合成化合物库包括上市药库、临床药库、靶点的抑制剂库、中草药成分库、人体代谢产物库、食品添加剂库、农药库、毒性化合物库和工业用化合物库中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的化合物的3D展示方法,其特征在于,对应于所述化合物的展示体的3D形式为球状或者所述化合物的空间结构;优选地,属于不同化合物群体的化合物对应的展示体用不同的颜色或大小表示。
5.根据权利要求1所述的化合物的3D展示方法,其特征在于,所述分子描述符包括表征化合物的分子物性、化学特性、分子连接性和形状、电性拓扑态的描述符。
6.一种化合物的3D展示系统,其特征在于,包括:
化合物库和分子描述符库,所述分子描述符库中的分子描述符表示化合物的性质;
3D空间,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表化合物的三种描述方式中的其中一种;
至少一个展示体,所述展示体对应于选自所述化合物库中的一种化合物,且根据所述化合物在X轴、Y轴、Z轴上所对应的位置,以设定的3D形式展示在所述3D空间中,
其中,所述三种描述方式包括:以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质,以谷本系数定义的化学分子结构相似性,以及以化学分子母核定义的化合物相互关系;
任选的虚拟现实设备,用于观测所述展示体。
7.根据权利要求6所述的化合物的3D展示系统,其特征在于,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴中至少有一个代表以选自所述分子描述符库中的分子描述符表示的化合物性质的描述方式,优选地,所述3D空间的X轴、Y轴、Z轴分别代表三种不同的描述方式。
8.根据权利要求6所述的化合物的3D展示系统,其特征在于,所述化合物库包括合成化合物库和/或天然化合物库,所述合成化合物库包括上市药库、临床药库、靶点的抑制剂库、中草药成分库、人体代谢产物库、食品添加剂库、农药库、毒性化合物库和工业用化合物库中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的化合物的3D展示系统,其特征在于,对应于所述化合物的展示体的3D形式为球状或者所述化合物的空间结构;优选地,属于不同化合物群体的化合物对应的展示体用不同的颜色或大小表示。
10.根据权利要求8所述的化合物的3D展示系统,其特征在于,所述分子描述符包括表征化合物的分子物性、化学特性、分子连接性和形状、电性拓扑态的描述符。
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