Компьютерное молекулярное конструирование

Научный центр:

Информационные технологии и искусственный интеллект

Сроки проведения:

5-25 апреля 2021

Срок подачи заявки:

4 марта 2021

Список участников программы
Прием заявок для участия в конкурсном отборе открыт до 04 марта 2021 года
По вопросам участия в программе просим обращаться по адресу students@sochisirius.ru

О программе

Компьютерное молекулярное конструирование – это междисциплинарная область науки, находящаяся на стыке химии, физики, математики и программирования, анализа больших данных, биологии и фармакологии, а если взять чуть шире – и материаловедения. Специалисты по компьютерному молекулярному дизайну работают в высокотехнологичных областях, связанных с вычислительной фармакологией, компьютерной разработкой лекарств, конструированием молекулярных структур с заданными свойствами, а также обработкой, и хранением и визуализацией больших массивов данных  промежуточной информации для этих целей. С развитием науки и технологий скорость накопления данных в химии и биологии стремительно растет. Чтобы справиться с объемами информации, приходится применять математические методы, в том числе из области машинного и глубокого обучения и сложные алгоритмы, реализованные в программных пакетах. Так, современная разработка новых лекарственных препаратов на ранних этапах – это почти всегда компьютерное конструирование и прогнозирование в том или ином виде. Если шестьдесят-семьдесят лет назад химики делали это на основе собственного опыта, то сегодня мы можем и должны автоматизировать хотя бы часть этого  процесса. Объединение компетенций в области естественных наук и информационных технологий пригодится для решения задач широкого профиля – навыки выпускников будут также востребованы и в других сферах, например, в областях персонифицированной медицины или материаловедения.

Есть несколько базовых блоков, на которых стоит компьютерное молекулярное конструирование. Это квантовая химия, методы молекулярной динамики и их применение, молекулярный докинг, ligand-based drug design и QSAR, хемоинформатика и работа с химическими данными, структурная биоинформатика. Чтобы ориентироваться в этих разделах, прежде всего требуются знания органической химии, физики, отчасти – молекулярной биологии, теории вероятности и computer science.

Настоящая программа направлена на формирование у обучающихся базового набора компетенций, необходимых для осуществления профессиональной деятельности в области компьютерного молекулярного конструирования, в том числе: компьютерная разработка лекарств, методы обработки больших массивов химических данных, применение алгоритмов машинного обучения в генерации и анализе химических структур, прогнозирование химико-физических и биологических свойств молекул. В программе представлены как классические, так и современные задачи, модели и методы компьютерного молекулярного конструирования.

Соответствующие компетенции включают широкие области хемоинформатики, квантовой химии, основы органической химии, методы QSAR и ligand-based drug design, structure-based drug design,  методы работы со структурами белков как основных лекарственных мишеней.

Выпускники данной программы будут иметь квалификационный потенциал для работы в R&D структурах фармацевтических компаний, предприятий нефтегазового комплекса, IT-компаниях, занимающихся разработкой решений для химии и фармакологии, в НИИ и университетах, где ведутся исследования новых химических структур и разработки биологически активных молекул, а также в иных профессиональных областях, связанных с компьютерным молекулярным моделированием и применением IT в химии и фармразработке.

Цель:
- познакомить обучающихся с предметом, задачами и методами современного компьютерного молекулярного конструирования как междисциплинарной научной области, находящейся на стыке химии, физики, математики и программирования, анализа больших данных, биологии и фармакологии.

Задачи:
-  ознакомить учащихся с основами применения computer science для решения задач биологии и химии;
- ознакомить учащихся с основами биологической, медицинской и математической химии;
- ознакомить учащихся с основами компьютерного молекулярного конструирования;
- ознакомить учащихся с основными математическими подходами к предсказанию физических, химических и биологических свойств веществ;
- ознакомить учащихся с основами органической химии, научить решать задачи, связанные с получением, хранением и предсказанием структуры органических веществ, обладающих заданными физико-химическими характеристиками; 
- ознакомить учащихся с основными структурами белков и их моделированием.

В результате изучения курса обучающиеся будут знать:
- теоретические основы органической, биологической, медицинской и математической химии; законы строения и химических свойств органических веществ разных классов, их взаимосвязи;
- основные методы предсказания физических, химических и биологических свойств органических молекул;
- основные методы и современные подходы к компьютерному молекулярному конструированию, включая компьютерную разработку лекарств;
- методы и подходы к хранению и анализу информации о химических структурах; 
- методы и подходы к квантово-химическим расчётам и их место в молекулярном моделировании;
- методы и подходы в хемоинформатике;
- методы ligand-based и structure-based в современной разработке лекарств;
- современные математические модели, включая модели машинного обучения, применяемые при разработке лекарств in silico.

Руководители

ПОРОЗОВ ЮРИЙ БОРИСОВИЧ

Руководитель лаборатории, к.м.н., доцент, АНО ВО «Университет «Сириус», руководитель Центра био- и хемоинформатики ПМГМУ им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет).

МАДЖИДОВ ТИМУР ИСМАИЛОВИЧ

К.х.н, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории хемоинформатики и молекулярного моделирования Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского федерального университета.