Veri madenciliği kullanarak ache enzimiyle etkileşen moleküllerin bağlanma eğiliminin tahmini
Prediction of binding affinity of molecules interacting with ache enzyme using data mining
Yazar: MERVE YENEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZLEM ERDAŞ ÇİÇEK
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
İlaç keşfi için kullanılan veri setlerinin analizi, verilerin kalitesini ve uygunluğunu değerlendirmek için gereklidir. Veri setlerindeki eğilimlerin, dağılımların ve ilişkilerin analizi, doğru sonuçlar elde etmek için önemlidir. Ayrıca, potansiyel ilaç adaylarını belirlemek için kullanılan moleküler özelliklerin ve etkileşimlerin anlaşılmasına yardımcı olmaktadır. Bu çalışmada, AChE enzimini inhibe eden bileşiklerin IC50 değerlerini tahmin etmek amacıyla veri madenciliği ve makine öğrenme algoritmaları kullanılmıştır. Biyolojik aktivite verileri, kanonik SMILES dizileri ve Lipinski'nin 5 kuralına dayalı özelliklerle genişletilmiştir. Çalışmada, moleküllerin biyolojik aktivitelerini ve ilaç benzerliklerini tahmin etmek için moleküler parmak izi hesaplamaları yapılmıştır. Farklı uzunluklardaki bit vektörleriyle oluşturulan veri setleri üzerinde Rassal Orman, XGBOOST, Ridge, SVR ve PLS regresyon algoritmaları ile tahminlemeler gerçekleştirilmiştir. Performans değerlendirmesi için k-katlı çapraz geçerleme kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre söz konusu algoritmalardan bazıları seçilerek toplu öğrenim yönteminde tahminleyici olarak kullanılmıştır. Sonuç olarak XGBOOST, PLS ve Ridge tahminleyicilerinin kullanıldığı toplu öğrenim yöntemiyle 0.75 korelasyon ve 0.63 ortalama kare hata değeri ile literatürdeki örneklerine kıyasla daha iyi bir sonuç elde edilmiştir. Ayrıca, standart sapması 0.3'ten küçük olan bit sütunlarının elenmesi ile veri seti küçültülmüş ve modellerin çalışma hızları arttırılmıştır. Bu çalışmada, AChE enzimiyle etkileşen bileşiklerin etkinliğinin belirlenmesinde makine öğrenimi algoritmalarının performansını karşılaştırmalı analiz ederek en iyi IC50 değeri tahmin sonucuna ulaşmak hedeflenmiştir. En iyi IC50 değerini bulmak, bir ilacın hedef enzimi ne kadar etkili durdurduğunu gösterir ve bu sayede, hastalıkların tedavisinde kullanılabilecek en güçlü ilaç adaylarını seçmeye yardımcı olabilir.

Abstract:
Analysis of datasets used for drug discovery is essential to assess the quality and relevance of the data. Analysis of trends, distributions, and relationships in data sets is important to obtain accurate results. It also helps understand molecular properties and interactions used to identify potential drug candidates. In this study, data mining and machine learning algorithms were used to estimate the IC50 values of compounds that inhibit the AChE enzyme. Biological activity data are augmented with features based on canonical SMILES sequences and Lipinski's rule of 5. In the study, molecular fingerprint calculations were performed to estimate the biological activities and drug similarities of molecules. Predictions were performed using Random Forest, XGBOOST, Ridge, SVR and PLS regression algorithms on datasets created with bit vectors of different lengths. K-fold cross-validation was used for performance evaluation. According to the results obtained, some of the algorithms were selected and used as predictors in the ensemble learning method. As a result, a better result was obtained compared to the examples in the literature with 0.75 correlation and 0.63 mean square error value with the ensemble learning method using XGBOOST, PLS and Ridge estimators. In addition, the data set was reduced and the working speed of the models was increased by eliminating the bit columns with standard deviation less than 0.3. This study aims to reach the best IC50 value prediction result by comparatively analyzing the performance of machine learning algorithms in determining the effectiveness of compounds that interact with the AChE enzyme. Finding the best IC50 value indicates how effectively a drug inhibits a target enzyme and can help select the most potent drug candidates to treat diseases.