QuantumTox: Utilizing quantum chemistry with ensemble learning for molecular toxicity prediction

计算机科学 决策树 药物发现 机器学习 集成学习 人工智能 药物毒性 梯度升压 集合预报 量子化学 随机森林 分子 化学 毒性 生物化学 超分子化学 有机化学
作者
Xun Wang,Lulu Wang,Shuang Wang,Yongqi Ren,Wenqi Chen,Xue Li,Peifu Han,Tao Song
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:157: 106744-106744 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2023.106744
摘要

Molecular toxicity prediction plays an important role in drug discovery, which is directly related to human health and drug fate. Accurately determining the toxicity of molecules can help weed out low-quality molecules in the early stage of drug discovery process and avoid depletion later in the drug development process. Nowadays, more and more researchers are starting to use machine learning methods to predict the toxicity of molecules, but these models do not fully exploit the 3D information of molecules. Quantum chemical information, which provides stereo structural information of molecules, can influence their toxicity. To this end, we propose QuantumTox, the first application of quantum chemistry in the field of drug molecule toxicity prediction compared to existing work. We extract the quantum chemical information of molecules as their 3D features. In the downstream prediction phase, we use Gradient Boosting Decision Tree and Bagging ensemble learning methods together to improve the accuracy and generalization of the model. A series of experiments on various tasks show that our model consistently outperforms the baseline model and that the model still performs well on small datasets of less than 300.
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