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综述:药物发现中的整合策略:利用基因组学、深度学习和计算机辅助药物设计
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月03日 来源:Computational Biology and Chemistry 2.6
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这篇综述系统阐述了如何通过整合基因组学(Genomics)、深度学习(DL)和计算机辅助药物设计(CADD)技术革新药物研发流程,涵盖从高通量测序(HTS)靶点筛选到AI驱动的分子建模,为精准医疗和复杂疾病(如癌症、心血管疾病)治疗提供数据驱动的解决方案。
Abstract
现代药物开发日益依赖基因组学、转录组学等组学技术,结合深度学习(DL)和计算机辅助药物设计(CADD)解析疾病通路与药物靶点相互作用。高通量测序(HTS)技术为挖掘遗传突变和生物标志物提供海量数据,而DL算法能高效预测药物-靶点结合模式,显著降低脱靶效应。
Introduction
传统药物研发面临化学空间庞大、耗时耗力的瓶颈。计算方法的引入(如分子对接、定量构效关系QSAR模型)加速了先导化合物发现。基因组数据库与AI技术的结合,使研究者能系统性分析基因-疾病-药物三元关系,推动个性化治疗发展。
Methods Overview
通过文献综述法整合基因组学、DL和CADD在药物发现中的应用案例。重点分析全基因组测序(WGS)、全外显子测序(WES)和转录组学数据在靶点识别中的作用。
DNA microarrays
DNA微阵列通过固定于芯片上的探针同步检测数千基因表达。荧光标记的cDNA与探针杂交后,信号强度反映基因表达水平,适用于大规模药物反应谱分析。
Genomics
WGS和WES技术揭示疾病相关突变,如癌症驱动基因变异。转录组学则通过RNA测序(RNA-seq)捕捉基因表达动态,为靶向疗法提供依据。
AI-Driven Analysis
深度学习模型(如卷积神经网络CNN)可挖掘组学数据中的隐藏模式,预测药物-靶点亲和力。例如,阿尔茨海默病研究中,AI成功识别了Tau蛋白聚集抑制剂。
CADD Implementation
CADD通过分子对接模拟药物与靶标结合,结合药效团模型优化化合物结构。与DL预测结果联用,可快速获得类药性(drug-likeness)评分高的候选分子。
Integrative Framework
基因组学定位靶点→DL预测活性→CADD优化结构的闭环流程,显著提升研发效率。案例显示,该策略将抗糖尿病药物筛选周期缩短60%。
Limitations
数据异质性、算法黑箱问题及计算资源需求仍是主要挑战。例如,基因组数据种族偏差可能导致靶向药物疗效差异。
Future Perspectives
多组学(蛋白组、代谢组)整合、类器官模型验证及量子计算辅助分子模拟,将成为下一代药物发现的核心方向。
Glossary
HTS(高通量测序):快速测定DNA/RNA序列的技术;SNP(单核苷酸多态性):个体间DNA单碱基差异;QSAR(定量构效关系):化学结构与生物活性的数学模型。
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