[发明专利]一种快速小分子结构对齐方法

说明书

本发明公开了一种快速小分子结构对齐方法，读取待对齐的两个小分子结构对象，提取所有原子的三维坐标与类型；根据原子类型提取对应的相对原子质量；通过计算所有来自不同小分子的原子对之间的相对原子质量差值，得到初始得分矩阵，使用贪心算法在该初始得分矩阵上求得初始化的对齐信息；在已知的对齐信息下，计算已对齐原子坐标之间的旋转平移矩阵，使用该矩阵叠加两个小分子的三维结构，使得两个小分子在三维空间中尽可能重叠，再通过一个基于三维坐标的打分函数得到一个新的得分矩阵，然后使用贪心算法搜索该得分矩阵得到新的对齐信息，来更新旧的对齐信息；重复上一步直至对齐信息无法更新或达到重复的上限次数，最终的对齐信息就是所求得的解。

技术领域

本发明涉及生物信息学及药物发现领域，具体地说，是一种快速小分子结构对齐方法。

背景技术

小分子在生命活动中是屡见不鲜的，它广泛存在于大量的生命体中。小分子通常作为大分子(如蛋白质)的配体且与大分子之间产生相互作用，这种交互作用通常表现为小分子绑定大分子中的某些特定的位置，使得它们可以共同协作为生命活动提供特定的功能。除此之外，药物往往都是以小分子形式存在的，评价药物小分子之间的相似性对于药物发现有着至关重要的指导作用。因此，想要彻底弄清楚生命活动的过程，尤其是有关小分子与大分子之间的相互作用的细节，以及加快药物发现与设计过程，精确度量两个小分子之间的相似性就显得至关重要。

然而，现有的两个小分子之间相似性度量方法大多是通过计算两个分子的指纹信息之间的Tanimoto Coefficient参数，这种评价方法丢失了大量的结构信息，并不能准确的度量两个小分子之间的相似性。近些年来，基于结构的小分子相似性度量策略受到了广泛关注，如LIGSIFT(Roy,Ambrish,and Jeffrey Skolnick.LIGSIFT:an open-sourcetool for ligand structural alignment and virtual screening.Bioinformatics31.4(2015):539-544.)。但是，它们大多主要依赖分子形状的相似性，丢失了小分子原子之间的对齐信息，使得分子相似性度量并不能很好的反应分子之间化学信息的相似性，从而不能很好的辅助药物设计。

尽管基于指纹信息与形状结构的相似性度量方法可以给出一定精度，但该项研究任务还远远没有结束。

发明内容

为了解决上述已存在的小分子相似性度量方法中由于缺失原子的对齐信息而导致的相似信息的并不精确的缺点，本发明的目的在于提出一种快速小分子结构对齐方法来提供更多的相似性信息。

实现本发明目的所采用的技术方案为：

一种快速小分子结构对齐方法，包括以下步骤：

步骤1：读入两个待对齐的小分子结构对象，分别记作A与B；

步骤2：从上述两个待对齐的小分子对象A与B中提取出所有对应原子的三维坐标信息以及原子类型信息；

步骤3：通过查找元素周期表中原子类型对应的相对原子质量，获得两个小分子(A和B)中所有原子的相对原子质量；

步骤4：由公式(1)求得上述待比较小分子对象A与B之间的基于相对原子质量差值的初始化得分矩阵，记作S_init:

其中，m_i表示小分子A中的第i个原子的相对原子质量，m_j表示小分子B中的第j个原子的相对原子质量，S_init(i,j)表示矩阵S_init中的第i行第j列中的值；