[スポンサーリンク]

ケムステニュース

AIで世界最高精度のNMR化学シフト予測を達成

[スポンサーリンク]

理化学研究所(理研)環境資源科学研究センター環境代謝分析研究チームの菊地淳チームリーダー、伊藤研悟特別研究員らの研究チームは、機械学習アルゴリズムの探索により、核磁気共鳴(NMR)化学シフトの予測を世界最高精度で達成した(理研プレスリリース9月12日)

NMRの化学シフト値を量子化学計算を用いて予測することはよく行われており、ChemDrawなどの構造式作画ツールでも簡単に化学シフト値を確認することができます。しかしながら、予測値を割り出す量子化学計算と実測値の間には多くの誤差があり、精度が高い予測値を得ることは容易ではありませんでした。そこで本研究では、量子化学計算と機械学習の組み合わせによりこの誤差を学習・補正することで、高精度に化学シフトを予測する手法を開発したそうです。

具体的には、

  1. 多様な化学構造を持つ150の化合物の化学シフト値をNMRによって実測、構造を同定
  2. NMRを測定した化合物の化学シフト値とスピン結合数を量子化学計算によって算出
  3. 実測と計算の誤差を目的変数Y、理論化学シフト、溶媒、結合定数などを説明変数Xとして機械に学習
  4. 91種類のアルゴリズムを使って計算の補正値を割り出し、実測値と比較・評価
  5. 学習に使用していない34の標品化合物と既報の海藻成分を使ってシグナル予測・帰属の汎用性を検証

ということを行った結果、5の従来の量子化学計算のみの手法および機械学習のみの手法よりも精度の高い、世界最高精度の化学シフトの予測が可能であることが明らかになりました。

研究の概要(引用:理研プレスリリース

学習に使用した150の化学物は、分子量がメチルアミン(31.058)から4-ニトロフェノール(139.110)までのC,H,O,S,Pを含む分子です。一方、5の検証に使った化合物は、(S)-2-Methylmalate(148.114)からL-Tyrosine(181.191)までのC,H,O,Sを含む低分子とヒジキの有機成分を使ったそうです。アルゴリズム別の平均誤差を示したグラフが、下の図であり、各アルゴリズムでの平均誤差を1Hと13Cでグラフに示されています。その結果をもとにアルゴリズムの評価を可視化したのが下部の図であり、図の中央青色で書かれているアルゴリズムが化学シフト値の予測に適していると言えます。

機械学習アルゴリズムの探索による化学シフト予測精度比較(引用:理研プレスリリース

下の図は従来法と本研究のNMR化学シフト予測法の精度の比較した図で、左側は34の化合物の13C化学シフト値の誤差を量子化学計算(上)Mnovaの機械学習(中央)本研究(下)で比較した結果です。量子化学計算、Mnovaの機械学習では低磁場側で誤差が見えるものの、本研究ではそこが特に改善されています。右側の図は海藻成分のシグナルの量子化学計算(×)と本研究(*)を帰属付きでプロットしたものです。拡大されているTMAとβ-Glcのシグナルから本研究の手法実測値に近いポイントを示していることがわかります。

従来法と本研究のNMR化学シフト予測法の精度の比較(引用:理研プレスリリース

NMRは試料調製が簡単であることから分析データの蓄積に適しているため、この研究手法の応用範囲を広げるために、データの蓄積と応用範囲の探索が今後期待されます。本研究では、化学構造と分析値を計算+機械学習で補正していますが、化学構造と化学的物理的特性をも補正できるようになれば、企業では実験評価の時間とコストを最小限にすることができるため大変役に立つと考えられます。このようにAIやビックデータ解析は、化学の世界でもいろいろな応用が期待されていて、その中でも分かりやすい研究結果の一つだと思いました。

関連書籍

[amazonjs asin=”B075M3YFB4″ locale=”JP” title=”人工知能はこうして創られる”] [amazonjs asin=”4840814015″ locale=”JP” title=”AI創薬・ビッグデータ創薬”]

関連リンク

Avatar photo

Zeolinite

投稿者の記事一覧

ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

関連記事

  1. オルト−トルイジンと発がんの関係
  2. iPhone7は世界最強の酸に耐性があることが判明?
  3. 米ファイザー、今期業績予想を上方修正・1株利益1.68ドルに
  4. コケに注目!:薬や香料や食品としても
  5. 秋の褒章2009 -化学-
  6. MIT、空気中から低濃度の二酸化炭素を除去できる新手法を開発
  7. 首席随員に野依良治氏 5月の両陛下欧州訪問
  8. 産総研がすごい!〜修士卒研究職の新育成制度を開始〜

注目情報

ピックアップ記事

  1. Slow down, baby, now you’re movin’ way too fast.
  2. Undruggable Target と PROTAC
  3. 総合化学大手5社、前期は空前の好決算・経常最高益更新
  4. 「弱い相互作用」でC–H結合活性化を加速
  5. アルキン来ぬと目にはさやかに見えねども
  6. メルク、途上国でエイズ抑制剤を20%値下げ
  7. 【21卒イベント 大阪開催2/26(水)】 「化学業界 企業合同説明会」
  8. 水分解反応のしくみを観測ー人工光合成触媒開発へ前進ー
  9. 研究者1名からでも始められるMIの検討-スモールスタートに取り組む前の3つのステップ-
  10. 第七回ケムステVプレミアレクチャー「触媒との『掛け算』で研究者を育て、組織を面白く、強くする」

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年9月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

注目情報

最新記事

人工光合成の方法で有機合成反応を実現

第653回のスポットライトリサーチは、名古屋大学 学際統合物質科学研究機構 野依特別研究室 (斎藤研…

乙卯研究所 2025年度下期 研究員募集

乙卯研究所とは乙卯研究所は、1915年の設立以来、広く薬学の研究を行うことを主要事業とし、その研…

次世代の二次元物質 遷移金属ダイカルコゲナイド

ムーアの法則の限界と二次元半導体現代の半導体デバイス産業では、作製時の低コスト化や動作速度向上、…

日本化学連合シンポジウム 「海」- 化学はどこに向かうのか –

日本化学連合では、継続性のあるシリーズ型のシンポジウムの開催を企画していくことに…

【スポットライトリサーチ】汎用金属粉を使ってアンモニアが合成できたはなし

Tshozoです。 今回はおなじみ、東京大学大学院 西林研究室からの研究成果紹介(第652回スポ…

第11回 野依フォーラム若手育成塾

野依フォーラム若手育成塾について野依フォーラム若手育成塾では、国際企業に通用するリーダー…

第12回慶應有機化学若手シンポジウム

概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大学理工学部・…

新たな有用活性天然物はどのように見つけてくるのか~新規抗真菌剤mandimycinの発見~

こんにちは!熊葛です.天然物は複雑な構造と有用な活性を有することから多くの化学者を魅了し,創薬に貢献…

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー