علاقات الكم بين البنية والنشاط وخصائص النمذجة (QSAR)

تبني علاقات الكم بين البنية والنشاط (QSAR) وبين البنية والخصائص (QSPR) نماذج إحصائية تتنبأ بنشاط جزيء أو خاصيته من واصفات رقمية لبنيته.

Definition

نماذج تجريبية تعتمد على البيانات تربط البنية الجزيئية، المشفرة كواصفات، بخاصية مقاسة أو نشاط بيولوجي لأغراض التنبؤ.

Scope

يغطي هذا المجال بناء نماذج QSAR و QSPR، والواصفات وخوارزميات التعلم التي تستخدمها، والأهمية المركزية للتحقق ومجال التطبيق، والتطبيقات على النشاط البيولوجي والخصائص الفيزيائية الكيميائية وخصائص الامتصاص والتوزيع والأيض والإفراز والسمية (ADMET). ويميز بين النماذج الكلاسيكية القابلة للتفسير وتلك الحديثة المستندة إلى التعلم الآلي.

Core questions

• كيف يرتبط النشاط البيولوجي أو الخاصية بالواصفات الجزيئية؟
• كيف يتم التحقق من نماذج QSAR لضمان قدرتها التنبؤية الحقيقية؟
• ما هو مجال التطبيق ولماذا هو مهم؟
• كيف تختلف نماذج QSAR الكلاسيكية عن نماذج التعلم الآلي الحديثة؟

Key theories

تحليل هانش

يربط النشاط البيولوجي بالواصفات الفيزيائية الكيميائية مثل قابلية الذوبان في الدهون والمعايير الإلكترونية والفراغية، مؤسسًا بذلك علاقة الكم بين البنية والنشاط.

التحقق ومجال التطبيق

تتطلب QSAR الموثوقة تحققًا خارجيًا صارمًا ومجال تطبيق محددًا، حيث أن النماذج تستقرئ بشكل ضعيف على البنى التي تختلف عن بيانات التدريب الخاصة بها.

Clinical relevance

توجه نماذج QSAR ونماذج الخصائص تحسين المركبات الرائدة، وتحدد أولويات المركبات للتخليق والاختبار، وتتنبأ بالامتصاص والتوزيع والأيض والإفراز والسمية، كما أنها تفيد في التقييم التنظيمي لسلامة المواد الكيميائية.

History

تأسست QSAR بتحليل هانش و فوجيتا عام 1964 الذي ربط النشاط بالمعايير الفيزيائية الكيميائية، وتطورت من خلال المتغيرات ثلاثية الأبعاد ومتغيرات التعلم الآلي، ثم قامت منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD) لاحقًا بتقنين مبادئ التحقق للاستخدام التنظيمي.

Debates

صرامة التحقق والإفراط في التجهيز (overfitting)

يمكن أن تخفي الإحصائيات الداخلية العالية للتوافق ضعف القدرة التنبؤية الحقيقية، لذا هناك تركيز مستمر ونقاش حول التحقق الخارجي والتعريف الصحيح لمجال التطبيق.

Key figures

• Corwin Hansch
• Toshio Fujita
• Alexander Tropsha
• Johann Gasteiger

Seminal works

• hansch1964
• tropsha2010

Frequently asked questions

ما هو مجال تطبيق نموذج QSAR؟

هو المنطقة في الفضاء الكيميائي، المحددة ببيانات التدريب، والتي تعتبر ضمنها تنبؤات النموذج موثوقة؛ ويجب التعامل بحذر مع التنبؤات للجزيئات المختلفة جدًا.

كيف يتم التحقق من نموذج QSAR بشكل صحيح؟

بالإضافة إلى التحقق المتقاطع الداخلي، يجب اختباره على مجموعة خارجية من المركبات لم تُستخدم في التدريب، حيث أن الإحصائيات الداخلية الجيدة وحدها لا تضمن الأداء التنبؤي.