Nature | 基于AI的 "变废为宝 "算法，将化学废料重新利用为有用的药物

王建民

韩国蔚山科学技术学院化学系的Bartosz A. Grzybowski教授和他来自UNIST基础科学研究所(IBS)软物质和生命物质中心的研究团队开发了一种创新战略，利用人工智能（AI）将废弃的化学品重新用于可用的产品。波兰科学院有机化学研究所(IOC PAS)和美国的Allchemy合作完成了这项突破，发表在2022年4月27日的《Nature》杂志。

化学工业继续产生大量的废弃化学品，开发 "循环化学 "方法，将这些不受欢迎的材料中的至少一部分有成效地转化为有价值的产品是至关重要的。尽管在降解某些类别的有毒化学品方面取得了重大进展，但在 "闭环 "方面的工作，将废弃底物转化为有价值的产品，仍然是分散的，而且集中在众所周知的领域。

全面评估是否可以从各种化学废物中合成有价值的产品是很复杂的，因为即使是较小的废物底物集也可以在短短的几个步骤中创造出数百万种假定的产品，每个产品都可以通过许多路径合成，形成密集的连接网络。人类化学家可能没有能力追踪所有这些合成，并选择那些也符合工艺和 "绿色 "化学标准的合成。

Grzybowski教授和他的研究团队说明了具有广泛合成知识的计算机如何帮助解决这个问题。研究人员使用前向合成Allchemy平台，从商业规模回收的约200种废弃化学品中创建了大规模的合成网络。然后，他们从这些网络中收集了数万条通往约300种初级药物和农用化学品的路线，并根据标准的可持续化学指标对这些合成进行算法分级。

据研究人员称，这些算法在上述网络中发现了数万条通往约300种用于制药和农业的确定化合物的路径。其中包括抗生素Dapsone和Cisatracurium，这是一种肌肉松弛剂的关键中间体，也被用于治疗COVID-19患者。

同时，这些分析是基于Allchemy收集的大约10,000个通用反应变换，这些反应变换是根据基本的反应机制由专家编码的，包括但不限于在化学工业，特别是制药和农业中发现的可靠反应类型。

参考资料

Story Sources: Wołos, A., Koszelewski, D., Roszak, R. et al. Computer-designed repurposing of chemical wastes into drugs. Nature 604, 668–676 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04503-9