Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Аватара пользователя
flip_flop
Уже с Приветом
Сообщения: 4379
Зарегистрирован: Ср июн 20, 2001 4:01 am

Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение flip_flop »

Идя навстречу пожеланиям Коммисара - открываем интересную тему. Я было думал сам открыть под несколько другим названием (типа "Механицизм в биологии возвращается" :wink: ), но желание главных оппонентов принимается во мнимание. Итак, копируем "наукозначимые" посты из темы "Ищу себе аспиранта" в "Образовании"

Komissar писал(а):
Noskov Sergey писал(а):Larkin,

Это я так, из врожденной вредности. Честно говоря, прорыв в биологии 60-80-х был совершен именно физиками и химиками.


Что в общем-то говорит лишь о том, что биология - это не отдельная наука, а просто специфическая область применения химии, математики, физики. Это я не в обиду биологам - и химию со временем скорее всего обзовут "физикой изменения валентных оболочек".

Как только из малопонятной и малоуправляемой биологической каши стали вычленятся физические, химические, а позже и стат/математические проблемы - тут и пошел прогресс. Подчеркнем, что в химии/физике реально прогресс двигался практически на 100%экспериментальными работами.

По крайней мере в химии всякие "расчеты" (будь то HOMO/LUMO 60-х, аб иницио кванты 70-х, молекулярное моделирование, QSAR, молекулярная механика и прочие радости "молекулярного моделирования" 80-х) в целом зашли в тупик и себя не оправдали. А двигался прогресс в химии в основном за счет улучшения методов анализа и разделения, а в 90-х - за счет развития комбикема.

Noskov Sergey писал(а):По поводу зашло в тупик можно и поспорить. С середины 90-х начался своеобразный ренесанс и в квантах в том числе и в фундаментальных отраслях химии (Coupled clusters -> approach to weak interactions, boom in the QM/MM and its applications, post-HF era etc, quantum dynamics for liquids, in molecular modeling quite a few new paradigms emerged ranged from Zwanzing-Mori operator-projectors to different kind of enhanced sampling (way to technical indeed, but quite powerfull and working). Комби в основном важнда для фармации.

QSAR must die :mrgreen:

Komissar писал(а):Как ни крути, а пока "расчеты" сильны лишь задним умом об'яснять (или даже чаще создавать видимость об'яснения), но не предсказывать поведение об'екта.

Насчет комби только для фармации - это далеко не так. Комби нужна/полезна везде, где требуется эмпирический подход в нахождении/создании материала и/или его свойства (synthesis/screening).

Просто в фармации крутятся самые большие химические $$$, поэтому фармация традиционно первой внедряет и пробует всякие новшества, будь то MM, QSAR, MD, топологические индексы, кванты и т.д. Они и астрологам будут с радостью платить (а по слухам - таки платят), если те на возможно ранней стадии будут предсказывать успех/провал lead candidates.

А комби сейчас большими шагами внедряют и в поисках катализатора (гетеро- и гомо-, здравствуйте, нефтяные доллары!), и в поиске полимеров с заданным набором свойств, красителей, сплавов и т.д. Просто это делается сейчас как рутина, без помпы ранних шагов комбикема в начале 90-х.

Даже я перед тонировкой очередного стула создаю на дощечке combinatorial library, где в разных пропорциях смешаны тонировки разных оттенков, подбирая нужную пропорцию cherry : golden_oak : red_oak : mahogany :mrgreen:

Noskov Sergey писал(а):Опять же не согласен. "Обьект" уж больно расплывчато здесь. Кинетику газо-фазной реакции можно и де ново, спектры и т.п. тоже, что-то посложней а lead compound или даже big new catalust уже явно посложней, то здесь ещё расти и расти. По словам дядек из big pharma, HTPS как раз не слишком оправдал ожиданий.

С другой стороны, сейчас достаточно сложных и дорогих в расчетах методов (тот-же Zwanzig-Mori из которого растут все расчеты свободных энергий - free energy simulations) дают точность порядка 2-3 kcal/mol per binding constant. Но никто в здравом уме не будет делать этот "self-moderated " для базы из миллиона соединений. Кстати есть интересный прецендент, когда для Т4-лизосима один из лигандов давал computed dG way off экспериментально померянного. В итоге перемеряли и все стало шоколадно, ошибка была в экспериментальных константах.

Касательно предсказать, тут вышла статейка о том, что 90 % из предсказанных теоретиками (нами) эффекты имеют место быть. Oбласть действий -биосенсоры, место предсказаний - эффекты точечных мутаций на чуствительность сенсоров к ионным токам. Мелочь, а приятно.
:mrgreen:
.
Аватара пользователя
flip_flop
Уже с Приветом
Сообщения: 4379
Зарегистрирован: Ср июн 20, 2001 4:01 am

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение flip_flop »

Komissar писал(а):
Noskov Sergey писал(а):Честно говоря, прорыв в биологии 60-80-х был совершен именно физиками и химиками.


Что в общем-то говорит лишь о том, что биология - это не отдельная наука, а просто специфическая область применения химии, математики, физики.

Уже прямо отсюда хочется спорить. Вспоминается "Краткий философский словарь " выпуска 1953 года с критикой механицизма :wink: . Попытаюсь перенести подобные аргументы на обсуждаемую тему. Конечно же, биология содержит в себе биофизику и биохимию, но не сводится к ним. Знание строительного материала не влечет за собой осмысление целостной архитектуры здания, модель Хаджкина Хаксли не обеспечивает понимание работы мозга как целостного организма. Нет?
Аватара пользователя
KP580BE51
Уже с Приветом
Сообщения: 15007
Зарегистрирован: Вт июн 14, 2005 6:50 am
Откуда: Ukraine

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение KP580BE51 »

flip_flop писал(а):
Komissar писал(а):
Noskov Sergey писал(а):Честно говоря, прорыв в биологии 60-80-х был совершен именно физиками и химиками.


Что в общем-то говорит лишь о том, что биология - это не отдельная наука, а просто специфическая область применения химии, математики, физики.

Уже прямо отсюда хочется спорить. Вспоминается "Краткий философский словарь " выпуска 1953 года с критикой механицизма :wink: . Попытаюсь перенести подобные аргументы на обсуждаемую тему. Конечно же, биология содержит в себе биофизику и биохимию, но не сводится к ним. Знание строительного материала не влечет за собой осмысление целостной архитектуры здания, модель Хаджкина Хаксли не обеспечивает понимание работы мозга как целостного организма. Нет?

Это вы о чем? О моделировании клетки компютерами?
Аватара пользователя
flip_flop
Уже с Приветом
Сообщения: 4379
Зарегистрирован: Ср июн 20, 2001 4:01 am

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение flip_flop »

KP580BE51 писал(а):Это вы о чем? О моделировании клетки компютерами?

Вообще-то я о том, что биология не сводится к физике, химии и математике. А ссылка на модель клетки - всего лишь для примера. Понимание работы клетки (на языке химии, физики и математики) необходимо, но не достаточно для понимания живых организмов - требуется понятийный аппарат отдельной самостятельной науки - биологии.
Аватара пользователя
KP580BE51
Уже с Приветом
Сообщения: 15007
Зарегистрирован: Вт июн 14, 2005 6:50 am
Откуда: Ukraine

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение KP580BE51 »

flip_flop писал(а):
KP580BE51 писал(а):Это вы о чем? О моделировании клетки компютерами?

Вообще-то я о том, что биология не сводится к физике, химии и математике.

Сейчас - не сводится АФАИК. Но в идеале - должна сводится. ИМХО.

А ссылка на модель клетки - всего лишь для примера. Понимание работы клетки (на языке химии, физики и математики) необходимо, но не достаточно для понимания живых организмов - требуется понятийный аппарат отдельной самостятельной науки - биологии.

Я думаю, что нормальная модель клетки, (и взаимодействия клеток) достаточна для понимания работы мозгов, и организма в целом. Но вот требования для компютеров, для моделирования этого, просто практически бесконечны. Думаю что будет как и с моделированием мелкосхем. На очень низком уровне (даже не знаю что), потом SPICE, потом моделирование на уровне триггеров (операциоников), потом всякие там modelsimы, потом симуляторы процессоров на уровне его команд.
Аватара пользователя
Koza
Уже с Приветом
Сообщения: 1979
Зарегистрирован: Вт авг 31, 2004 3:41 am
Откуда: AU

Сообщение Koza »

как же калькуляции не предсказывают. Предсказывают. Да вот простейшее - ФТИР спектры рассчитать. Куда без етого ?
Fat people pollute visual landscape.
Аватара пользователя
Komissar
Уже с Приветом
Сообщения: 64875
Зарегистрирован: Пт июл 12, 2002 11:38 am
Откуда: г.Москва, ул. Б. Лубянка, д.2

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение Komissar »

flip_flop писал(а):
KP580BE51 писал(а):Это вы о чем? О моделировании клетки компютерами?

Вообще-то я о том, что биология не сводится к физике, химии и математике. А ссылка на модель клетки - всего лишь для примера. Понимание работы клетки (на языке химии, физики и математики) необходимо, но не достаточно для понимания живых организмов - требуется понятийный аппарат отдельной самостятельной науки - биологии.


Понятийный аппарат вводится как раз, когда не хватает фундаментального понимания процесса и требуется наведение эмпирических мостов в виде "понятий". Вспомним, что в давние времена не было всяких химий и физик, а была одна - "наука о материи". Да что там древние времена. У нас в 4-м классе был предмет "Природоведенье" - все науки в одном флаконе из простых понятий.

Или возьмем, например, Почвоведение. Чем не наука со своим понятийным аппаратом? Но я уверен, что уже в недалеком будущем все в почвоведении будет разложено по химическим, физическим и биологическим процессам.
Аватара пользователя
Komissar
Уже с Приветом
Сообщения: 64875
Зарегистрирован: Пт июл 12, 2002 11:38 am
Откуда: г.Москва, ул. Б. Лубянка, д.2

Сообщение Komissar »

Koza писал(а):как же калькуляции не предсказывают. Предсказывают. Да вот простейшее - ФТИР спектры рассчитать. Куда без етого ?


Работает только на простейших системах, да и то обычно backwards (т.е. экспериментальная величина уже известна, а теперь ее "подтверждают" теоретически, расчетом).

Так же, как в свое время популярные "аддитивные схемы" рассчитывали температуры кипения простых парафинов.
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Сообщения: 5430
Зарегистрирован: Чт сен 05, 2002 1:45 pm
Откуда: CAB

Сообщение Noskov Sergey »

Мы не будем показывать пальцем :mrgreen: , но практически Весь арсенал современной структ.биологии основывается на моделировании. Начинаю от structure refinement (simmulation annealing, monte-carlo search and many others) и анализов електронной плотности X-Ray spectra (they used force-field, the famous X-Plore is a kid of Axel Brunger, который модельщик - студент Мартина Карплюса), до ЯМР. В этом варинанте понять где начинаются экспериментальные данные и кончается моделирование весьма не просто.

Я написал свое мнение Коммисару в приват, но думаю что не будет особым криминалом повторить его здесь:


Как я написал, у молекулярного моделирования как софтверного продукта будущее незавидное. Зато как у исследовательского инструмента вполне и вполне. Одна проблема, как и любой другой метод, результаты моделирования будь то кванты, молекулярная динамика или монте-карло необходимо рассматривать в контексте огромного количества данных. В случае с МД - спректроскопия, кристаллография, биохимические ихмерения и т.д. и т.п. Позволить себе полноценную разработку с привлечением нужных метов могут немногие компании, в США скажем 7-8 штук. Т.е. рынок софта будет очень уж ограничен. Пфайзер, Аббот или Джонсон и Джонсон имеют свои отделения моделлеров с квантами и MD/MC,в Абботе не хитря пользуются CHARMM купленным в Гарварде or AMBER т.е. акад.версия. Народец там сидит хитрый и посещает все встречи разработчиков. В J&J исповедуют примерно ту же тактику. Зачем вкладываться в софт, даже хорошо переписанный. Переписали NAMD - работает быстро, но моделирование на протяжение 100 ns и 30 ns не сильно отличается в плане информативности.

Сразу скажу, что по моему мнению эта особенность любого метода. Модная ныне биологическая кристаллография имеет свои забавные скелеты. Например ВСЕ предсказания механизмов энзиматического катализа на основе статическиз структур энзимов сделанные Huber (Нобелиат решивший первую протеазу) оказались неверными, первая структура калиевого канала регулируемого напряжением (KvAP) оказалось вообще от балды по целому ряду причин - использование детергентов, низкие температуры и т.д. и прямые противоречия как моделирования так и ряду физ.хим измерений - ЭПР например. Моделирование как таковое, в этом случае необходимо даже для понимания, ну например, динамики метки для ЭПР, где само описание процесса далеко не ясно. Т.е. методика существует, спектры получаются, но трактование данных спектров идет обычно мягко говоря от балды (в сложных системах, где помимо самого вещества, метки на нем, есть ещё растворитель, липиды и т.д.).

Моделирование конечно здесь не панацея, но сочетание ТЕОРИИ процесса (there is none in bio yet) и моделирования весьма неплохой подход к проблеме. Изменивший кстати, био-ЭПР весьма значительно. Работы - Перозо (Perozo), Елбера(Ron Elber - Cornell) и прочих вполне адекватны.
Последний раз редактировалось Noskov Sergey Вт апр 03, 2007 12:28 pm, всего редактировалось 1 раз.
Аватара пользователя
Komissar
Уже с Приветом
Сообщения: 64875
Зарегистрирован: Пт июл 12, 2002 11:38 am
Откуда: г.Москва, ул. Б. Лубянка, д.2

Сообщение Komissar »

Да, на об'яснительном уровне для сферических коней в вакууме это прекрасно работает.

А на предсказательном, для реальных систем? Зачем, спрашивается, фарма/биотек тратят столько сил/времени/денег на high-throughput screening of bio assays? Пробуют и пробуют. Раствор за раствором. Нет чтоб загрузить в компутер и сразу все просчитать.
Аватара пользователя
Capricorn
Уже с Приветом
Сообщения: 16722
Зарегистрирован: Сб окт 19, 2002 6:09 pm
Откуда: мАсква-USA...->NJ

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение Capricorn »

flip_flop писал(а):
KP580BE51 писал(а):Это вы о чем? О моделировании клетки компютерами?

Вообще-то я о том, что биология не сводится к физике, химии и математике. А ссылка на модель клетки - всего лишь для примера. Понимание работы клетки (на языке химии, физики и математики) необходимо, но не достаточно для понимания живых организмов - требуется понятийный аппарат отдельной самостятельной науки - биологии.



Науки делятся на физику и собирание марок.
(Эрнест Резерфорд, английский физик, 1871-1937)
:umnik1:
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Сообщения: 5430
Зарегистрирован: Чт сен 05, 2002 1:45 pm
Откуда: CAB

Сообщение Noskov Sergey »

Komissar

Как я уже написал, для отдельно взятого случая, методы подобные расчетам свободной энергии (ну типа вот так http://thallium.bsd.uchicago.edu/RouxLa ... j_2006.pdf) работают адекватно. Для HTPS где ~100,000 -500,000 compounds , никаких выщислительных мощностей не хватает. Пока. Плюс сама схема многостадийна и весьма не линейна.

Большая фарма пыталась использовать в лоб докинг и разные схемы построенные на MM-PBSA. Изначально точность этих методов была +/- 20 kcal/mol, т.е. для оптимизации лиганда с mM to nM binding, не подходила. Результат тоже был вполне закономерен. Опять же мы говорим о весьма сферическом коне - связывания рецептора и лиганда, лиганд ещё надо доставить в клетку, с ним по пути могут произойти множественные изменения, о химии которых мы не имеем понятия. Кстати именно по этому, немногие успехи моделирования в фармацевтике лежат в области мембранных протеинов

Плюс ещё такой момент, для моделирования нужны структуры - хлеб и масло of modelling. Структуры то, в основном, для бактериальных протеинов, что резко ограничивает применение моделирования.
Аватара пользователя
flip_flop
Уже с Приветом
Сообщения: 4379
Зарегистрирован: Ср июн 20, 2001 4:01 am

Сообщение flip_flop »

Noskov Sergey писал(а):Мы не будем показывать пальцем :mrgreen: , но практически Весь арсенал современной структ.биологии основывается на моделировании.

Я всю прошлую жизнь "двигал моделирование в массы" (правда не совсем в биологии, за редким исключением типа хобби) но сейчас борюсь с преувеличением его роли (в электронике). Моделирование должно сочетаться с анализом (без компьютера, исключительно на бумаге и с использованием серых клеточек) и с измерением. Роль анализа и "бумажных" выкладок занижена - ведь очень просто нажать кнопку, запустить пакет изощренных программ, получить результаты на красивых графиках или даже в виде фильмов и отрапортовать о проделанной работе. Но ... моделирование не задает вопросов, хотя и может способствовать их появлению. Иними словами нужна сбалансированная диета между теоретическим анализом, моделированием ("The Purpose of Computing is Insight, not Numbers") и измерениями (единственным методов уверенности в правильности теории и правильности допущений при моделирования). Мне представляется что роль теоретического анализа несколько принижена в настоящее время. Вот даже здесь на форуме имеет место быть засилие механицизма (даже воинствующие материалисты были против такого упрощенного подхода) и емпиризма (практика и "тупая" индукция). :mrgreen:
Аватара пользователя
flip_flop
Уже с Приветом
Сообщения: 4379
Зарегистрирован: Ср июн 20, 2001 4:01 am

Re: Химия и Биология: расчеты vs эмпирика

Сообщение flip_flop »

Capricorn писал(а):
flip_flop писал(а):
KP580BE51 писал(а):Это вы о чем? О моделировании клетки компютерами?

Вообще-то я о том, что биология не сводится к физике, химии и математике. А ссылка на модель клетки - всего лишь для примера. Понимание работы клетки (на языке химии, физики и математики) необходимо, но не достаточно для понимания живых организмов - требуется понятийный аппарат отдельной самостятельной науки - биологии.



Науки делятся на физику и собирание марок.
(Эрнест Резерфорд, английский физик, 1871-1937)
:umnik1:

Я привествую этот афоризм, но задаю себе вопрос - "следует ли воспринимать разьяснение кто такой Резерфорд как оскорбление "научного" сообщества ?" :mrgreen:
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Сообщения: 5430
Зарегистрирован: Чт сен 05, 2002 1:45 pm
Откуда: CAB

Сообщение Noskov Sergey »

flip_flop,

не могу не согласиться :fr: . Одна из огромнейших проблем в биомоделирование это тупое возрастание статей полученных по методу черного ящика. Ссылку которую я привел, является примером работы, где бумажная теория и противоречия в наблюдениях вылились в моделирование. Групп которые занимаются подобными вещами всегда было очень мало. Упомянутый М.Kарплюс оценивал их количество в 20-30 на всю северную Америку, тем ценней что они есть.
Ответить

Вернуться в «Наука и Жизнь»