An improved NMR-AI platform capable of designing de novo drugs and mapping intermolecular interactions of large proteins using NMR

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F11992719%3A_____%2F26%3AN0000003" target="_blank" >RIV/11992719:_____/26:N0000003 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="https://github.com/tevang/open_de_novo_compound_generation" target="_blank" >https://github.com/tevang/open_de_novo_compound_generation</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Vylepšená NMR-AI platforma schopná navrhovat de novo léčiva a mapovat mezimolekulární interakce velkých proteinů pomocí NMR

Original language description

Softwarový výsledek představuje vylepšenou platformu NMR-AI vyvinutou společností AI|ffinity s.r.o. v rámci projektu FW12010060 (program TREND) pro podporu návrhu léčiv de novo a mapování mezimolekulárních interakcí velkých proteinů pomocí NMR dat. Platforma integruje výpočetní chemii, strojové učení, predikci struktury proteinů pomocí umělé inteligence a analýzu NMR dat do jednotného pracovního postupu pro racionální objevování léčiv v rané fázi. Urychluje identifikaci hitů a umožňuje strukturní charakterizaci interakcí protein–ligand bez závislosti výhradně na krystalografii. Skládá se z pěti modulů: (SW-1) plně automatizovaný pracovní postup řízený generativní AI pro návrh analogů experimentálně validovaných vazebných molekul de novo s využitím informací o ligandových epitopech z 1D NMR (photo-CIDNP), medicinálně-chemických omezení a lokálního SAR modelu; (SW-2) predikce a řazení dokovacích póz protein–ligand podle shody interakčních fingerprintů s experimentálně pozorovanými ligandovými epitopy, doplněná nástrojem Epitope Picker a modulem vysvětlitelné AI (XAI) v deepHitExploreru; (SW-3) integrace predikce struktury OpenFold2 s NMR omezeními do prostředí 4D-GRAPHS; (SW-4) vylepšený pracovní postup 4D-GRAPHS/4D-GraFID pro automatizované přiřazování chemických posunů páteře velkých strukturovaných proteinů z 3D/4D NMR spekter, funkční i při koncentracích proteinu pouhých 0,4 mM; a (SW-5) automatizovaný výpočetní pipeline pro 3D modelování vazebných míst protein–ligand pomocí molekulové dynamiky s výměnou replik a omezeními odvozenými z NMR2. Software byl testován na hlavním cílovém proteinu projektu, epigenetické acetyltransferáze NatD, a benchmarkován na veřejných datových sadách; SW-5 byl validován na alternativním systému protein–ligand (PIN1). SW-3 a SW-4 jsou nasazeny online jako SaaS moduly a testují je beta uživatelé (přibližně TRL 7–8). Software vlastní ze 100 % AI|ffinity s.r.o.; proprietární implementace je chráněna jako obchodní tajemství, veřejně je dostupný open-source demonstrátor pracovního postupu SW-1.

Czech name

Vylepšená NMR-AI platforma schopná navrhovat de novo léčiva a mapovat mezimolekulární interakce velkých proteinů pomocí NMR

Czech description

—

Type

R - Software

CEP classification

—

OECD FORD branch

30401 - Health-related biotechnology

Project

<a href="/en/project/FW12010060" target="_blank" >FW12010060: Development of epigenetic inhibitors with anticancer activity driven by nuclear magnetic resonance and artificial intelligence</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2026

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

FW12010060-V2

Technical parameters

Výsledek je čistě softwarová modulární platforma NMR-AI provozovaná na standardní a vícejádrové serverové infrastruktuře s vysokou kapacitou paměti, se vzdáleným spouštěním přes webovou SaaS platformu; nevyžaduje žádný specializovaný hardware. SW-1: vstupy jsou definovány v konfiguračním souboru (trénovací sada molekul se SMILES a vazebnými anotacemi, seed ligand, cílové scaffoldy, SMARTS dotazy na substruktury, obálky fyzikálně-chemických vlastností a parametry běhu). Generativní AI model navrhuje nové SMILES, validace a filtrování omezení založené na RDKit odstraňuje neplatné, duplicitní či nevyhovující struktury a SAR model založený na molekulárních otiscích a strojovém učení skóruje pravděpodobnost vazby. Výstupem je seřazená knihovna analogů se zdůvodněním návrhu, profily vlastností a obrázky molekul. SW-2: vrstva pro post-dokovací reskórování, která porovnává interakční fingerprinty ligand–protein každé kandidátní pózy (kontaktní vzdálenosti, typy interakcí, četnosti, metriky blízkosti) s relativní intenzitou experimentálně pozorovaných ligandových epitopů z photo-CIDNP a volitelně s reziduově specifickými NMR daty. Generuje skóre na úrovni atomů, párů a póz a finální konsenzuální skóre (0–1) a dokáže rozlišit pózy s téměř totožným dokovacím skóre. SW-3: OpenFold2 integrovaný do online platformy 4D-GRAPHS pro predikci 3D struktury s NMR omezeními a zpřesnění přiřazení. SW-4: vylepšený 4D-GRAPHS/4D-GraFID pro automatizované přiřazování páteře velkých strukturovaných proteinů z 3D a 4D NMR spekter; na benchmarku ARTINA (84 proteinů) dosáhl v průměru více správných a méně chybných přiřazení než NMRtist/FLYA a byl aplikován na cílový protein NatD (~25 kDa) při koncentracích proteinu až 0,4 mM. SW-5: plně automatizovaný rámec molekulové dynamiky s Hamiltoniánovou a teplotní výměnou replik (HT-REX) s omezeními z NMR2 pro identifikaci vazebných míst ligandu a dominantních vazebných póz, validovaný na systému protein–ligand PIN1. Ověření zahrnovalo interní technickou validaci, benchmarking a testování na datech NatD z projektu; SW-3 a SW-4 jsou nasazeny jako SaaS v beta testování (přibližně TRL 7–8). Duševní vlastnictví: AI|ffinity s.r.o. 100 %, Masarykova univerzita 0 %, NexMR 0 % dle konsorciální smlouvy o využití výsledků. Ochrana je založena na autorském právu ke zdrojovému kódu, know-how, obchodním tajemství a řízeném přístupu přes SaaS; na GitHubu je veřejně dostupný open-source demonstrátor SW-1 se syntetickými příkladovými daty.

Economical parameters

Software umožňuje společnosti AI|ffinity s.r.o. komercializovat pokročilé pracovní postupy NMR-AI formou SaaS, což snižuje bariéry přijetí a vytváří opakované příjmy z předplatného nebo tokenového modelu, doplněné licencemi a partnerskými distribučními a integračními dohodami. Monetizace začala dříve, než bylo plánováno: SW-3 a SW-4 testují beta uživatelé a AI|ffinity vede demonstrace a jednání s farmaceutickými a biotechnologickými firmami, CRO, akademickými laboratořemi, výrobci NMR spektrometrů, poskytovateli screeningových platforem a distributory. Výsledek je nákladově efektivní, protože vyžaduje výrazně méně laboratorního spotřebního materiálu než wet-lab objevování léčiv, a zkracuje čas i náklady rané fáze objevování léčiv prioritizací sloučenin a vazebných módů podle NMR dat před syntézou a testováním. Cílová odvětví: farmaceutický vývoj léčiv, biotechnologie, CRO, strukturní biologie, NMR identifikace hitů a optimalizace leadů.

Owner IČO

11992719

Owner name

AI|ffinity s.r.o.