[發明專利]一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法

在審

• 申請號: 202210079577.0
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114446383A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 朱欽圣;蔣欣睿;盧俊邑;殷浩;吳昊;胡勇;李曉瑜
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G16B20/30;G16B40/00;G06N10/60;G16C20/50;G16C20/70
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 張巨箭

1.一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，所述方法包括：

獲得配體藥物分子與蛋白分子的3D結構；

使用量子隱馬爾可夫模型對所述蛋白分子的3D結構進行預測，得到蛋白分子上存在的結合位點；

所述使用量子隱馬爾可夫模型對所述蛋白分子的3D結構進行預測，包括：

使用從頭算法和折疊識別法在三維空間中學習已知蛋白質的氨基酸殘基路徑，獲得各折疊氨基酸的三維路徑信息；

對每個氨基酸分子晶格內的原子位置進行編碼，將每個原子放置在氨基酸分子晶格的一個點上；

氨基酸分子晶格上的每個點通過使用基向量移動到它的一個鄰接點，每個基向量作為量子隱馬爾可夫模型中的一個狀態；

學習氨基酸的連接路徑，預測蛋白質的復雜結構；

獲取配體藥物分子的分子圖，將所述分子圖與預測得到的蛋白分子上存在的結合位點進行對接，得到配體-蛋白的連接結構圖，并使用量子卷積神經網絡提取影響配體-蛋白對接的特征；

根據所述影響配體-蛋白對接的特征對對接過程進行打分，預測得到配體-蛋白相互作用的效果。

2.根據權利要求1所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，所述獲得配體藥物分子與蛋白分子的3D結構，包括：

借助X射線晶體學或NMR光譜學方法獲得蛋白分子的三維晶體結構；

借助小分子3D結構的大型數據庫獲得大量配體藥物分子的3D結構。

3.根據權利要求2所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，所述獲得配體藥物分子與蛋白分子的3D結構，還包括：

修復蛋白解析過程中產生的錯誤，并在對接前對蛋白分子的三維晶體結構進行加氫質子化處理，標示局部電性；

對所述配體藥物分子的3D結構進行能量最小化處理。

4.根據權利要求1所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，在將所述配體藥物分子與所述結合位點對接前，還包括：

對每個藥物分子的3D結構進行編碼，每個位置編碼對應分子中的原子，連接邊對應分子中原子間的化學鍵，藥物分子被描述為以原子為節點的分子圖。

5.根據權利要求4所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，將所述配體藥物分子與所述結合位點對接，包括：

將所述分子圖與預測得到的蛋白分子上存在的結合位點進行對接，得到配體-蛋白的連接結構圖。

6.根據權利要求5所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，所述使用量子卷積神經網絡提取影響配體-蛋白對接的特征，包括：

使用量子卷積神經網絡提取影響配體-蛋白相互作用過程的特征。

7.根據權利要求6所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，所述根據所述影響配體-蛋白對接的特征對對接過程進行打分，包括：

使用打分函數評價某次對接的效果，所述效果包括結合模式與親和力；

在進行多次對接后，將每個結合位點以及與其對接的藥物分子的得分進行排序；

結合人為的判斷來挑選一合適的分子作為進一步對接測試的備選目標。

8.根據權利要求6所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，所述特征包括靜電作用、氫鍵作用、疏水作用和范德華作用。

9.根據權利要求6所述的一種基于量子計算的配體-蛋白相互作用的預測方法，其特征在于，使用分子描述符模塊將對接的情況特征化。