Czy można „nauczyć” komputer planowania wieloetapowych syntez skomplikowanych związków organicznych? Okazuje się, że tak. Dowiedli tego naukowcy z Instytutu Chemii Organicznej PAN, Uniwersytetu Northwestern i Uniwersytetu Ulsan z Południowej Korei pod kierunkiem prof. Bartosza Grzybowskiego.
W artykule Computational planning of the synthesis of complex natural products opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature” pokazują, w jaki sposób ich przełomowy program może zmienić oblicze chemii organicznej. Rozwiązaniem problemu planowania wielokrotnych syntez z pominięciem udziału człowieka zajmowali się bez powodzenia najwięksi chemicy XX wieku, tacy jak Elias James Corey (laureat Nagrody Nobla), Ivar Karl Ugi czy Carl Djerassi. Udało się to dopiero grupie prof. Bartosza Grzybowskiego (na fot.), współpracującej z zespołami prof. Jacka Młynarskiego z Instytutu Chemii Organicznej PAN i prof. Milana Mrksicha z Uniwersytetu Northwestern. Stworzyli oni program komputerowy Chematica, który potrafi planować wieloetapowe syntezy złożonych związków organicznych. Praca nad oprogramowaniem zajęła naukowcom około 20 lat!
Do tej pory istniało wiele programów komputerowych zdolnych do całkowicie autonomicznego planowania, jednak wszystkie one „myślały” tylko o jeden krok do przodu. Stąd wykorzystywane były tylko do prostych syntez, które równie dobrze mogły być zaprojektowane przez chemików w ciągu kilku minut i bez pomocy komputera. Przełomowy program Chematica nie tylko umożliwia dalekowzroczne planowanie skomplikowanych syntez, ale do tego robi to bezbłędnie.
W artykule w „Nature”, który został udostępniony w nadzwyczajnym, przyśpieszonym trybie przed oficjalną publikacją ze względu na jego wagę i znaczenie naukowe, naukowcy opisali nie tylko rozwiązania algorytmiczne, które umożliwiły w końcu przełom, ale i eksperymentalną walidację zaprojektowanych przez maszynę ścieżek syntetycznych prowadzących do Daurycyny, Takamonidyny oraz niedawno wyizolowanej Lammelodysydyny A. Dodatkowo, omówione zostały również wyniki uzyskane przez platformę Chematica w teście Turinga sprawdzającym umiejętność maszyny do myślenia w sposób zbliżony do ludzkiego. Światowej klasy eksperci w dziedzinie syntezy totalnej nie byli w stanie odróżnić ścieżek zaprojektowanych przez maszynę od planów syntetycznych opracowanych przez doświadczonych chemików. Praca ta jest rewolucjonizującym chemię przykładem zastosowania komputera do twórczego planowania syntezy chemicznej.
Badania naukowców jednoznacznie pokazują, że zautomatyzowane planowanie wieloetapowych syntezy złożonych związków organicznych na poziomie eksperckim jest wreszcie wykonalne.
źródło: PAN