AI虚拟筛选服务:深度学习框架 Gnina 助力精准虚拟筛选

佰莱博生物：一站式分子互作实验服务

解密 Gnina——AI技术赋能的分子对接

分子对接是计算机辅助药物设计 (CADD) 的核心技术，其成功取决于两个关键：采样（寻找配体在蛋白孔穴中的正确姿态）和打分（评价该姿态的结合强度）。传统的打分函数（如 AutoDock Vina 的经验打分）通常基于物理化学参数的线性组合，难以准确捕捉复杂的非共价相互作用（如π-π 堆积、卤键等），导致假阳性率高。

Gnina 的革命性创新：将打分视为“图像识别”

Gnina (G-nina) 的出现打破了这一僵局。它将蛋白-配体结合区域视为一个三维网格（类似像素组成的图片），并将原子类型、电荷等信息作为通道，巧妙地利用卷积 neural networks (CNN) 来提取复杂的、非线性的空间相互作用特征。

图 1：Gnina 将蛋白-配体复合物化为三维网格，通过 CNN 学习复杂空间特征进行精准打分

根据最近发表在 Journal of Cheminformatics 上的文献《GNINA 1.3: the next increment in molecular docking with deep learning》研究表明，Gnina 在多项关键指标上显著优于传统打分函数：

1）更优的构象预测能力（Pose Prediction）:Gnina的CNN打分函数在跨对接（Cross-docking）任务中显著优于传统Vina经验打分的性能。Gnina1.3d的默认数据集中将Top1的成功率从Vina的约25%提升到40%。这表明CNN打分函数能更准确的识别和接近真实结合pose的预测。

2）更强的高通量虚拟筛选能力（Vitual Screening）: 在广泛使用的 DUD-E 基准数据集（102 个靶点）上，Gnina 1.3 相比 1.0 版本在 68 个靶点上的虚拟筛选性能（以 AUC 和 nEF1% 衡量）有所提升，中位数 AUC 从 0.75 提高至 0.78，nEF1% 中位数从 0.25 提升至 0.27。这表明 Gnina 1.3 在大规模虚拟筛选场景中具有更强的实用价值，能够在一定程度上提升活性化合物识别和假阳性排除的能力。

3）共价对接（Covalent Docking）:Gnina在提供结合态的配体结构并指定反应原子，可自行处理键的形成，几何优化和采样。在使用Vina打分函数的条件下，Gnina 1.3的共价对接性能与最先进的算法接近（Gnina 在不同对接场景下应选择不同的打分函数：对于常规分子对接任务，CNN 打分函数能够显著提升构象预测和虚拟筛选性能；而对于共价对接任务，回退至 Vina 经验打分函数可获得更优的对接成功率。）。

图2 Gnina 共价对接性能评估

佰莱博AI虚拟筛选服务：让 Gnina 虚拟筛选从“能跑”到“跑得好”

先进工具的价值，不仅在于拥有，更在于如何发挥其全部潜能。Gnina 正是这样一款工具——它将深度学习与分子对接框架深度融合，但要让其在您的项目中发现真正的候选化合物，离不开专业的优化与参数调优。

佰莱博生物专注于计算辅助药物发现（CADD）服务，团队成员具备计算化学、结构生物学与药学背景。在虚拟筛选项目中，我们基于 Gnina 框架展开工作——利用其内置的 Vina 采样与 CNN 打分函数，结合分子预处理、模型选择与结果分析等环节，为客户提供系统性的筛选支持。

GNINA虚拟筛选工作流程

1）受体与配体的规范化准备

虚拟筛选的质量，很大程度上由输入数据的质量决定。我们对受体结构进行规范化预处理，包括加氢、电荷修正、水分子处理及侧链柔性的合理设置。配体端借助RDKit批量生成三维构象库，确保进入对接流程的数据达到质量标准。

2）Vina 采样与 CNN 打分的高效配合

Gnina默认采用 Vina 采样 + CNN 重新打分的双层流程。我们对其中 exhaustiveness、采样数量等采样参数进行合理配置，并选择适配的CNN模型，以在保证筛选效率的同时提高构象预测的准确性。

3）多维度结果综合评判

单一打分指标难以全面反映配体-受体结合的实际潜力。我们结合 CNN Score、CNN Affinity、Vina Score 等多个指标，并辅以药效团匹配、关键氨基酸相互作用等结构生物学分析，对筛选结果进行综合评估，为客户提供参考价值更高的候选化合物排序。

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佰莱博生物致力于为科研人员提供高质量的生物技术服务。公司搭建了蛋白表达与纯化、生物物理、生物化学、蛋白互作组学及计算模拟五大技术平台，覆盖从基础研究到转化应用的多层次需求。团队秉持严谨的科学态度，依托成熟的技术体系，为客户提供可靠的数据与专业的支持。

佰莱博一站式药物发现服务：

AI虚拟筛选--分子对接+分子动力学模拟验证--SPR/MST /BLI /ITC亲和力验证；干湿结合，筛选+验证的全方位药物研发服务。

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