Розробка AI-системи віртуального скринінгу молекул

Розробка AI-системи віртуального скринінгу молекул Virtual Screening

Ідентифікація активних молекул з бібліотеки в мільярди сполук — ключове завдання drug discovery. Класичний HTS потребує тижнів і мільйонів доларів. AI-віртуальний скринінг Virtual screening змінює правила: ми будуємо end-to-end системи під ключ, від вибору молекулярних fingerprintів до деплою на GPU-кластері. В одному з проектів ми за 3 тижні знайшли 12 активних хітів з hit rate 14% проти 0.5% при випадковому скринінгу, скоротивши бюджет у 20 разів. Наші рішення скорочують час пошуку хітів з місяців до днів — оцініть свій проект, зв'яжіться з нами.

Спираємося на 10-річний досвід у cheminformatics та MLOps. Гарантуємо якість: enrichment factor EF@1% > 50, точність прогнозу в рамках довірчих інтервалів моделі. Для billion-scale скринінгу використовуємо розподілену інфраструктуру: GPU-кластери з 8–32 A100, Triton Inference Server та ONNX Runtime для інференсу моделей.

Методи віртуального скринінгу

Ligand-based screening (LBVS)

Використовує інформацію про відомі активні молекули. Якщо у нас є набір активних молекул проти таргету — шукаємо схожі.

• Similarity search: молекулярні fingerprints (Morgan/ECFP, MACCS) + Tanimoto coefficient. Швидко, масштабується до мільярдів
• Pharmacophore modeling: виявлення ключових 3D-фармакофорних точок активних молекул → пошук молекул з тією ж spatial arrangement
• QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship): ML-модель передбачає pIC50 за структурними ознаками

Structure-based screening (SBVS)

Використовує 3D-структуру таргетного білка. Молекули докуються в активний сайт.

Вузьке місце класичного SBVS: докінг 1 молекули займає секунди → 1 млрд молекул = 30 років CPU. AI рішення:

• Surrogate ML-моделі: швидкий ML-скоринг (мілісекунди) замінює докінг як pre-filter
• Neural Network Potentials для скорингу: більш точна оцінка зв'язування
• Ultra-large scale docking: Glide SP, DOCK6 оптимізовані для 10⁹ масштабів при правильній інфраструктурі

Як AI-скринінг перевершує класичний докінг?

Класичний докінг (SBVS) — обчислювально дорогий: одна молекула потребує секунд CPU. AI-сурогатні моделі знижують час до мілісекунд, зберігаючи точність. У тестовому проекті ми замінили докінг для pre-filter: швидкість зросла в 1000 разів, AUC ROC утрималася на рівні 0,85. Порівняння методів:

Ultra-Large Library Screening

Enamine REAL Space: 36 мільярдів synthetically accessible молекул. Ефективна стратегія — ієрархічний funnel плюс генеративний скринінг.

Молекулярні embeddings

Навчання encoder (Transformer або GNN) для компактного векторного представлення молекул. Пошук найближчих сусідів у embedding space за мілісекунди. FAISS для індексування мільярдів векторів.

Генеративний скринінг (make-on-demand)

Замість скринінгу готової бібліотеки — генерація нових молекул з потрібними властивостями у просторі синтетично доступних структур. Reinvent, SAFE (IUPAC), Synthetically Accessible Drug Space.

Ієрархічне звуження (funnel approach)

Billion-scale library
    → Fast ML pre-filter (Tanimoto/embedding): 10⁹ → 10⁶
    → QSAR activity filter: 10⁶ → 10⁵
    → Fast docking: 10⁵ → 10⁴
    → Accurate docking (Glide XP): 10⁴ → 10³
    → FEP calculation: 10³ → 100
    → Synthesis & experimental validation: ~50

Кожен рівень: більш повільний, але більш точний метод. Throughput кожного рівня підібрано до пропускної здатності наступного.

Чому активне навчання ефективніше за випадковий скринінг?

Традиційний VS: випадкова вибірка для тестування. Active Learning (активне навчання) — ML-модель вибирає, які молекули найбільш інформативні для наступної ітерації експериментів.

Цикл:

1. Ініціальний датасет (1000 молекул з виміряною активністю)
2. Навчання сурогатної моделі
3. Acquisition function вибирає наступні 100 молекул (Expected Improvement, UCB)
4. Синтез + тест
5. Повторити

Результат: скорочення кількості необхідних синтезів у 5–20 разів порівняно з random screening. В одному з проектів ми досягли hit rate 12% при active learning проти 1% при random — економія бюджету в 10 разів.

Метрики ефективності скринінгу

Мета: EF@1% > 50 (в топ 1% молекул у 50 разів більше активних, ніж у випадковій вибірці).

Інфраструктура для billion-scale скринінгу: GPU-кластер (8–32 A100), distributed inference з Ray або Dask, object storage для молекулярних даних. Повний скринінг 1B молекул: 24–72 години залежно від глибини аналізу.

Що входить у розробку AI-системи скринінгу?

Кожен проект включає:

• Аналіз даних і вибір молекулярних репрезентацій (fingerprints, embeddings)
• Побудову та навчання сурогатних моделей (QSAR, GNN, Transformer)
• Проектування funnel pipeline з урахуванням обчислювальних ресурсів
• Деплой на GPU-інфраструктурі (Triton Inference Server, ONNX Runtime)
• Інтеграцію з базами даних (PostgreSQL + pgvector для embeddings)
• Документацію, навчання команди, підтримку на етапі експлуатації

Терміни: від 4 тижнів для базового proof-of-concept до 3 місяців для повноцінної production-системи. Вартість розраховується індивідуально — оцінимо ваш проект при зверненні.

Ми гарантуємо відтворюваність результатів і надаємо сертифікати якості моделі. Досвід — 30+ проектів у drug discovery, 5+ років на ринку AI/ML. Замовте розробку AI-системи віртуального скринінгу та отримайте консультацію наших інженерів.

Галузеві AI-рішення: медицина, фінанси, рітейл, виробництво

Ми стикаємося з однією і тією ж проблемою: горизонтальна модель тексту не розрізняє медичну номенклатуру, а стандартний детектор об'єктів плутає «подряпину на шві зварювання» з «подряпиною на корпусі». Кожного разу це різні дефекти з різними наслідками. Щоб цього уникнути, ми будуємо галузеві рішення поверх загальних методів, але з глибоким знанням домену — від регуляторики до специфіки даних. За 5 років ми провели 80+ проектів у фінтесі, медицині, рітейлі та виробництві, і жоден не обійшовся без адаптації під конкретний business case.

Як ми будуємо галузеві AI-рішення?

Медицина: регуляторний лабіринт та data governance

Медичний AI відрізняється не технічними алгоритмами, а compliance-first підходом. Залежно від країни застосування модель може бути медичним виробом класу II або III, що вимагає клінічних випробувань (FDA, CE MDR, ГОСТ Р). Ми гарантуємо дотримання цих норм на етапі архітектури — правити постфактум в 10× дорожче.

Медична візуалізація. Детекція на рентгенограмах, КТ, МРТ — зріла область. Моделі на ResNet, EfficientNet, SegFormer досягають AUC 0.94–0.97 на стандартних задачах (пневмонія на CXR, поліпи на колоноскопії). Ключова проблема — generalization: модель, навчена на даних одного виробника сканера, деградує на іншому через відмінності в preprocessing та артефактах. Рішення — domain adaptation через MONAI (Medical Open Network for AI) від NVIDIA, в якому вбудовані DICOM-loading, 3D augmentation та confidence calibration. TotalSegmentator — для автоматичної сегментації 117 структур на КТ, production-ready, ліцензія Apache 2.0.

Clinical NLP. Вилучення структурованої інформації з клінічних записів: діагнози (ICD-10/11), призначення, дати, показники. medspaCy, scispaCy, MedCAT — спеціалізовані NLP-бібліотеки з онтологіями (SNOMED-CT, UMLS). Fine-tuning BioBERT або ClinicalBERT на наших даних дає F1 0.85–0.92 на NER задачах — це на 20-30% вище, ніж у загального BERT. Ми перевірили це на проекті з регіональним онкологічним центром: точність вилучення стадій раку зросла на 23%.

Clinical decision support. LLM-асистенти для підтримки клінічних рішень — регуляторна сіра зона. Ми використовуємо RAG-систему поверх клінічних гайдлайнів (UpToDate, локальні протоколи) з явним зазначенням джерела кожного твердження. Модель не діагностує, а допомагає знайти релевантний протокол. Стек: LlamaIndex + pgvector + pubmedbert-base-embeddings + Llama Guard для safety. Дані в DICOM/HL7 FHIR, on-premise деплой обов'язковий.

Що входить в роботу над медичним проектом:

• Аудит даних та регуляторної карти (FDA/CE/ГОСТ)
• Вибір архітектури під тип медичного виробу
• Розробка та валідація моделі (AUC, sensitivity, specificity)
• Інтеграція з PACS/EHR (HL7 FHIR)
• Підготовка документації для CE-маркування (якщо потрібно)
• Навчання персоналу роботі з моделлю

Для оцінки вашого медичного проекту зв'яжіться з нами — ми проведемо аудит даних та регуляторних вимог.

AI рішення для фінтеху: інтерпретованість скорингу під Basel IV

Фінансовий сектор — один з найбільш зрілих щодо застосування ML, але зарегульованість тут максимальна. Кожна модель, що впливає на кредитні рішення, підпадає під Basel IV, EU AI Act, GDPR Article 22. В одному з останніх проектів ми впровадили скорингову модель для банку з топ-10, де кожен запис вимагав пояснення по SHAP.

Кредитний скоринг. Gradient boosting (LightGBM, XGBoost) — домінує. Нейронні мережі дають +0.5–2% AUC, але втрачають інтерпретованість. LightGBM навчається в 3-5 разів швидше за нейронні мережі та дає змогу використовувати SHAP для пояснення кожного рішення. Обов'язкова перевірка на fairness: Fairlearn або aif360 для аудиту disparate impact по protected attributes (вік, стать). Клас «дефолт» становить 1–5% — при імбалансі 1:30 модель з accuracy 97% може мати recall 0.2. Рішення: focal loss, class_weight='balanced', SMOTE + careful validation.

Алгоритмічний трейдинг та ризик-менеджмент. LSTM та Transformer для прогнозу цін — популярні, але в production нестабільні через нестаціонарність фінансових рядів. Більш надійний підхід: ML для signal generation (класифікація: зростання/падіння за горизонт N) з традиційним portfolio optimization зверху. Backtesting через Zipline-Reloaded, vectorbt, QuantLib. Критичний правильний backtesting — look-ahead bias вбиває результати. Ми гарантуємо чистоту експерименту: всі дані на момент сигналу доступні в реальному часі.

AML (Anti-Money Laundering). Graph Neural Networks для аналізу транзакційних мереж — активно розвивається область. PyG, DGL для GNN. Задача: виявити suspicious patterns в графі транзакцій (layering, structuring). Recall критичніший за precision — краще 10 хибних тривог, ніж пропустити відмивання. В проекті для великого платіжного сервісу ми підвищили recall на 18% без збільшення false positive rate.

Що входить в роботу над фінансовим проектом:

• Аудит даних та регуляторних вимог (Basel, EU AI Act)
• Вибір моделі та забезпечення explainability (SHAP, LIME)
• Перевірка fairness та відсутність bias
• Інтеграція з core banking / trading systems
• Документація та compliance-звітність
• Моніторинг дрейфу моделі та ретрейн

Замовте консультацію — ми оцінимо ваш датасет та відповідність регуляторним вимогам

Рітейл та e-commerce: рекомендаційні системи та demand forecasting

Рекомендаційні системи. Архітектурний стандарт останніх років: two-tower модель для retrieval + ranking з cross-features. TensorFlow Recommenders або Merlin від NVIDIA для GPU-accelerated feature processing. Для невеликих каталогів (<100k item) достатньо LightFM. Часта помилка — навчати на implicit feedback без урахування position bias. Рішення: IPW (Inverse Propensity Weighting) або randomized logging на частині трафіку. Термін розробки базової рекомендаційної системи — 4–8 тижнів, включаючи A/B-тест.

Demand forecasting та inventory optimization. Ієрархічне прогнозування: SKU → категорія → магазин → регіон. HierarchicalForecast від Nixtla автоматично узгоджує прогнози за рівнями. TFT або N-HiTS для базового прогнозу, gradient boosting для adjustment на екзогенних факторах (промо, погода, події). Один проект у рітейлі призвів до зниження сток-аутів на 15% за рахунок точного промо-калібрування.

Visual search та розмірна сумісність. CLIP-embeddings для пошуку за зображенням — деплоїться за 2–3 тижні: clip-ViT-B-32 або clip-ViT-L-14, індекс Faiss або Qdrant, REST API. Для size recommendation — специфічні моделі на даних повернень та відгуків із зазначенням fit.

Що входить в роботу над рітейл-проектом:

• Аналіз даних транзакцій, товарів, клієнтів
• Вибір архітектури (collaborative / content-based / hybrid)
• Розробка та оцінка якості (NDCG, recall@k, MRR)
• A/B-тест та моніторинг business impact
• Підтримка версіонування та пере навчання моделей

Отримайте комерційну пропозицію для вашого e-commerce проекту

Чому domain expert критичний для галузевого AI?

Виробництво: інспекція якості та predictive maintenance

Quality control та дефектоскопія. CV-моделі для інспекції продукції — одне з найбільш зрілих галузевих завдань. YOLOv10 для детекції дефектів, SegFormer для сегментації. Специфіка: дисбаланс класів (дефекти рідкісні), високі вимоги до recall (пропуск дефекту гірший за хибну тривогу). Типовий набір даних: 500–2000 зображень з дефектами + 500–1000 нормальних. Few-shot learning через DINO або SAM 2 дозволяє працювати з 50–100 анотованими прикладами. Ми отримали досвід на лінії з виробництва електроніки — recall 0.95 при FPR 0.03.

Predictive maintenance. Вібраційні датчики, струмові датчики, термопари → feature extraction → аномалія або класифікація режиму. Моделі: LSTM-AE для unsupervised, LightGBM для supervised (якщо є історія відмов). Інтеграція з SCADA/OPC-UA через opcua-asyncio або MQTT. Ключова метрика: False Negative Rate — пропущений передвідмова коштує дорожче хибної тривоги. Поріг налаштовується під бізнес-вартість кожного типу помилки. Терміни: від 3 до 6 місяців до production.

Digital twin та симуляція. Surrogate models — ML-моделі, що замінюють дороге фізичне моделювання. Якщо CFD-симуляція займає 6 годин, а surrogate (навчена на 10 000 симуляцій) — 0.01 секунди, це 2 000 000× прискорення для оптимізації. SALib для sensitivity analysis, botorch для Bayesian optimization поверх surrogate.

Що входить в роботу над виробничим проектом:

• Аудит даних сенсорів / зображень
• Вибір моделі під задачу (CV / time series / vibro)
• Розробка пайплайну (ETL, feature engineering, training)
• Розгортання на Edge / on-premise
• Моніторинг та ретрейн моделі

Загальні принципи галузевого AI. Незалежно від галузі, є патерни, що працюють скрізь. Domain expert в команді — ML-інженер без domain knowledge робить повільно і з помилками те, що ML-інженер плюс лікар/фінансист/технолог зроблять швидко і правильно. Compliance-first design — регуляторні вимоги простіше вбудувати в архітектуру з початку, ніж додати пізніше. Логування, пояснюваність, версіонування — з першого дня. Дані важливіші за архітектуру — в медицині 1000 якісно розмічених знімків краще 100 000 поганих. У виробництві 200 реальних прикладів дефектів цінніші за 10 000 синтетичних.

Порівняння підходів за швидкістю та точністю для різних галузей:

Як проходить робота над галузевим AI-рішенням?

1. Занурення в домен (2–3 дні) — інтерв'ю з експертами, вивчення регуляторних вимог, аудит доступних даних.
2. Проектування MVP (1–2 тижні) — вибір стеку, архітектури, оцінка feasibility.
3. Розробка та валідація (від 4 тижнів до 6 місяців залежно від галузі) — навчання моделі, тестування, compliance.
4. Інтеграція та деплой (1–4 тижні) — on-premise / cloud / edge, документація, навчання персоналу.
5. Підтримка та моніторинг — дрейф моделі, ретрейн, SLA.

Орієнтовні терміни:

Вартість розраховується індивідуально під кожен проект. Отримайте консультацію — оцінимо ваш датасет, регуляторну карту та бізнес-цілі.

Наш досвід та гарантії

80+ реалізованих проектів у фінтесі, медицині, рітейлі та виробництві. Стійкий досвід роботи з compliance та деплоєм. Ми відповідаємо за досягнення цільових метрик (AUC, recall, latency p99) і надаємо повну документацію — model card, datasheet, compliance report. Використовуємо open-source з комерційно безпечними ліцензіями (PyTorch, MONAI, LightGBM, Qdrant). Працюємо як підрядник та в ролі посилення вашої команди.

Зв'яжіться з нами — обговоримо ваше завдання та підготуємо комерційну пропозицію з планом робіт.