МАШИННЕ НАВЧАННЯ У ПОШУКУ НОВИХ ПРОТИТУБЕРКУЛЬОЗНИХ АГЕНТІВ: ВІД СКРИНІНГУ БАЗИ CHEMBL ДО КЛАСИФІКАЦІЇ ПРИРОДНИХ СПОЛУК

Автор(и)

  • Г. Я. Загричук Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України https://orcid.org/0000-0003-4361-1680
  • Д. О. Польовий Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України https://orcid.org/0000-0002-1036-9763
  • Л. А. Бойко Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України https://orcid.org/0000-0001-5052-5604
  • Л. М. Іванець Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України https://orcid.org/0000-0003-1377-8025
  • Н. І. Гарліцька Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України https://orcid.org/0000-0002-8553-7434

DOI:

https://doi.org/10.11603/2312-0967.2026.3.16483

Ключові слова:

машинне навчання, in silico дослідження, активний фармацевтичний інгредієнт, XGBoost, ChEMBL, мінімальна інгібуюча концентрація, Mycobacterium tuberculosis, RDKit, Python

Анотація

Вступ. У роботі запропоновано послідовність взаємопов’язаних кроків обробки даних (pipeline) на основі машинного навчання для пошуку потенційних інгібіторів Mycobacterium tuberculosis.

Матеріали і методи. Використовуючи дані органічних сполук з бази ChEMBL, було сформовано навчальну вибірку, дескриптизовану за допомогою RDKit. Реалізація проєкту виконана мовою Python у хмарному середовищі Google Colab. Для машинного навчання використано модель XGBoost. 

Результати й обговорення. Під час перевірки навченої моделі із використанням моделі XGBoost показано високу точність класифікації. Здійснено аналіз ключових структурних дескрипторів (зокрема, сумарної площі поверхні Ван-дер-Ваальса атомів із високим позитивним частковим зарядом; незаміщеного ароматичного кільця або із замісниками; ліпофільності алкільних та ароматичних фрагментів; карбонільних та піперединових фрагментів; площі поверхні Ван-дер-Ваальса атомів із певним електротопологічним станом – ароматичних та гідрофобних фрагментів молекул), що відповідають за активність. Модель протестовано на вибірці природних сполук. Виявлено три потенційні кандидати: CHEMBL437538, CHEMBL108730, CHEMBL108980 як найбільш перспективні речовини в якості претендентів на in vitro дослідження.

Висновки. Машинне навчання є ефективним інструментом в in silico дослідженнях. Модель XGBoost демонструє низьку схильність до хибнопозитивних результатів, а саме не пропускає молекули з відсутньою протитуберкульозною активністю.

Біографії авторів

  • автор Г. Я. Загричук, афіліація Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України

    кандидат хімічних наук, доцент кафедри загальної хімії

  • автор Д. О. Польовий, афіліація Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України

    кандидат хімічних наук, доцент кафедри загальної хімії

  • автор Л. А. Бойко, афіліація Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України

    кандидат біологічних наук, доцент кафедри загальної хімії

  • автор Л. М. Іванець, афіліація Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України

    кандидат хімічних наук, доцент кафедри загальної хімії

  • автор Н. І. Гарліцька, афіліація Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського МОЗ України

    кандидат біологічних наук, доцент кафедри загальної хімії

Посилання

1. World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2025 [Internet]. Geneva: WHO; 2025 [cited 2026 May 27]. Available from: https://www.who.int/teams/global-programme-on-tuberculosis-and-lung-health/tb-reports/global-tuberculosis-report-2025.

2. Chen T, Guestrin C. XGBoost: A scalable tree boosting system. In: Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining; 2016 Aug 13–17; San Francisco, CA. New York: ACM; 2016, p. 785–94. DOI: https://doi.org/10.1145/2939672.2939785

3. Google Colab [Internet]. California: Google LLC; c2026 [cited 2026 Jul 26]. Available from: https://colab.research.google.com/drive/1Cgb9D91z9YEhVU8cGhUMtcdrFf5kkkow?usp=sharing.

4. Geirhos R, Jacobsen JH, Michaelis C, Zemel R, Brendel W, Bethge M, et al. Shortcut learning in deep neural networks. Nat Mach Intell. 2020;2(11):665–73. https://doi.org/10.48550/arXiv.2004.07780. DOI: https://doi.org/10.1038/s42256-020-00257-z

5. RDKit: Open-source cheminformatics software [Internet]. RDKit documentation: Chem.MolSurf module. c2026 [cited 2026 Jul 26]. Available from: https://www.rdkit.org/docs/source/rdkit.Chem.MolSurf.html.

6. Labute P. A widely applicable set of molecular descriptors. J Mol Graph Model. 2000;18(4–5):464–77. https://doi.org/10.1016/s1093-3263(00)00068-1. DOI: https://doi.org/10.1016/S1093-3263(00)00068-1

7. Koštrun S, Munic Kos V, Matanović Škugor M. Around the macrolide – Impact of 3D structure of macrocycles on lipophilicity and cellular accumulation. Eur J Med Chem. 2017 Jun 16;133:351–364. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.03.056. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.03.056

8. Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol Mol Biol Rev. 2003;67(4):593–656. https://doi.org/10.1128/mmbr.67.4.593-656.2003. DOI: https://doi.org/10.1128/MMBR.67.4.593-656.2003

9. Wildman SA, Crippen GM. Prediction of physicochemical parameters by atomic contributions. J Chem Inf Comput Sci. 1999;39(5):868–73. https://doi.org/10.1021/ci990307l. DOI: https://doi.org/10.1021/ci990307l

10. Hall LH, Mohney BK, Kier LB. The electrotopological state: an atom index for structure-property correlations. J Chem Inf Comput Sci. 1991;31(1):76–81. https://doi.org/10.1021/ci00001a012. DOI: https://doi.org/10.1021/ci00001a012

11. Brennan PJ, Nikaido H. The envelope of mycobacteria. Annu Rev Biochem. 1995;64:2–63. https://doi.org/10.1146/annurev.bi.64.070195.000333. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.bi.64.070195.000333

12. Dessen A, Quemard A, Blanchard JS, Jacobs WR, Sacchettini JC. Crystal structure and function of the isoniazid target of Mycobacterium tuberculosis. Science. 1995;267(5204):1638–43. https://doi.org/10.1126/science.7886450. DOI: https://doi.org/10.1126/science.7886450

Завантаження

Опубліковано

2026-10-16

Номер

Розділ

СИНТЕЗ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ СПОЛУК

Як цитувати