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ChemDes: 一个整合的基于网络的分子描述符与指纹计算平台

分子描述符的计算是基于分子结构进行建模预测的基础,多年来发展了一系列的工具和软件。今天介绍中南大学曹东升课题组董界等人开发的描述符计算平台。该平台提供目前最大最全面的描述符在线计算资源,赢得了世界各地8万多次的使用或引用。平台地址:http://www.scbdd.com/chemdes

分子描述符的计算是基于分子结构进行建模预测的基础,多年来发展了一系列的工具和软件。今天介绍中南大学曹东升课题组董界等人开发的描述符计算平台。该平台提供目前最大最全面的描述符在线计算资源,赢得了世界各地8万多次的使用或引用。平台地址:http://www.scbdd.com/chemdes

1.内容和简介

分子描述符和分子指纹已经被广泛应用在QSAR分析, 药物虚拟筛选,药物ADME/T预测以及其他的药物开发过程中,如何表征分子已成为这些研究的一个基础部分。定量分子表征需要比较成熟的计算机相关技术并且耗时耗力,虽然一些软件包和工具已经被开发出来用来计算和表征化学分子,但是目前应用这些软件包和工具仍然存在一些困难。首先,这些软件包和工具要求许多环境部署和手动编程工作,这要求用户必须掌握相关计算机技术和具备一定的编程能力;其次,一些软件包和工具只能计算部分描述符,这使得描述符的类别和数量不够全面,需要手动整合才能得到全面的分子表征信息。再次,这些软件包使用不同的编程语言,使得计算和整合过程变得困难。因此,我们设计并开发了一个描述符与指纹计算的整合平台:ChemDes. ChemDes整合了多个软件包和工具当中的描述符和指纹计算模块,包括: Pybel, CDK, RDKit, BlueDesc, Chemopy, PaDEL 和 jCompoundMapper. ChemDes不仅提供便捷友好的网页计算界面,同时提供三个特定的工具用来实现分子格式转化,分子力场优化以及指纹相似性计算。目前,ChemDes可以计算3679种分子描述符与59种分子指纹。其主要优点在于:能够计算大量3D分子描述符,能够定制描述符种类;整合了MOPAC量子化学软件,能够对分子进行半经验优化;避免了复杂的软件环境部署以及编程工作,并且能够覆盖相对广泛的描述符种类和数量。访问ChemDes平台:http://www.scbdd.com/chemdes。

ChemDes: 一个整合的基于网络的分子描述符与指纹计算平台
ChemDes计算的分子描述符和指纹与其他工具的对比,最外层圆圈代表ChemDes。

2.主要特点:

1. Chemdes是开源免费的,其它软件如dragon能计算的描述符多于chemdes,但是对药物分子没有很好的针对性。其它能计算描述符的收费软件,如moe,虽然针对药物设计中的部分小分子描述符,但是却是收费软件,能计算的描述符在chemdes中也基本都包含了。
2. Chemdes包含了对药物分子QSAR建模效果较好的分子指纹描述符。而dragon软件不具备这些描述符。其它具备指纹描述符的软件是收费的并且不具备同时计算其它描述符的能力。
3. 描述符计算的途径包括软件和package,有些package也能具有灵活的计算分子描述符的能力,但是package有明显的缺点,需要研究者具备一定的programing基础。这时候server性质的工具就具有明显的优势。Chemdes克服这一缺陷。
4. Chemdes不仅能计算分子描述符,而且集成了与此相关的其它功能,chemconv tool 可以使得研究者能够方便地将其它来源或者其它格式的分子快速转化为计算所需要的格式并保存成文件;mopac optimization tool是Chemdes集成的又一个强有力的工具。它基于当前最好的量子化学半经验优化工具Mopac,通过python语言转化,实现了小分子的半经验优化,并且根据需要保存为带有优化结果和原子三维坐标的文件,以供进一步研究。而且,根据优化的mopac输出文件我们提供了分子的量子化学相关描述符,例如分子轨道和能量的数据。这对于药物分子设计、QSAR建模和ADMET数据建模都是非常重要的;FPS similarity tool 可以在线完成分子相似度计算,分子指纹在QSAR建模以及药物功能预测等方面得到很好的应用。
5. 基于w3c标准,用户友好;基于django框架,易于扩展维护;基于JS和jQuery,易于交互,不依赖JAVA客户端,因而不需要研究者具备编程知识;基于bootstrap,用户界面友好,方便使用。

3.参考文献

  • Jie Dong, Dong-Sheng Cao, Hong-Yu Miao, Shao Liu, Bai-Chuan Deng, Yong-Huan Yun, Ning-Ning Wang, Ai-Ping Lu, Wen-Bin Zeng, Alex Chen. ChemDes: an integrated web-based platform for molecular descriptor and fingerprint computation. Journal of Cheminformatics 2015, 7:60

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