Czy komputer może być tak „mądry” jak doświadczony chemik?

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 opublikowanym właśnie artykule w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature” pokazują jak ich przełomowy program może zmienić oblicze chemii organicznej.

Grzybowski_www_1.png

Najwięksi chemicy XX w. tacy jak Elias James Corey – laureat nagrody Nobla, Ivar Karl Ugi czy Carl Djerassi już od lat 60. próbowali rozwiązać jeden z najstarszych problemów chemii. Chcieli opracować system, który umożliwiłby planowanie skomplikowanych syntez chemicznych z pominięciem udziału człowieka. Niestety bez powodzenia. Udało się to dopiero zespołowi prof. Bartosza Grzybowskiego we współpracy 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!

Program „Chematica”

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 teście podobnym do testu Turinga, sprawdzającym umiejętność maszyny do myślenia w sposób zbliżony do ludzkiego, program „Chematica” uzyskał świetne wyniki. Eksperci w dziedzinie syntezy totalnej wskazali, że ścieżki syntez zaprojektowane przez komputer były w dużej mierze nie do odróżnienia od tych opracowanych przez doświadczonych chemików.

Jak działa program?

W swoim artykule w Nature naukowcy nie tylko opisali rozwiązania algorytmiczne samego programu, ale i udowadniają eksperymentalnie, że zaprojektowane przez komputer ścieżki syntez działają i na ich podstawie można otrzymać takie związki jak daurycyna, takamonidyny oraz lammelodysydyny.

Badania naukowców jednoznacznie pokazują, że zautomatyzowane planowanie wieloetapowych syntezy złożonych związków organicznych na poziomie eksperckim jest wreszcie wykonalne.

Cały artykuł pt. „Computational planning of the synthesis of complex natural products“ został udostępniony przez czasopismo "Nature" w nadzwyczajnym, przyśpieszonym trybie przed oficjalną publikacją w numerze ze względu na jego wagę i znaczenie naukowe.