Predicción de solubilidad de fármacos usando máquinas de soporte vectorial sobre unidades de procesamiento gráfico

Abstract

En este trabajo se emplean métodos de inteligencia computacional, tales como las máquinas de soporte vectorial (MSV) para optimizar la predicción de la solubilidad de compuestos. Estas se entrenan con una base de datos de compuestos solubles e insolubles conocidos, y dicha información es posteriormente empleada para mejorar la predicción obtenida mediante cribado virtual. Los grandes avances en el campo de la computación de alto rendimiento ofrecen nuevas oportunidades en la simulación de sistemas biológicos y aplicaciones en bioinformática, biología computacional y química computacional. El uso de bases de datos de mayor tamaño aumenta las posibilidades en la generación de candidatos potenciales, pero el tiempo de cálculo necesario no sólo aumenta con el tamaño de la base de datos, sino también con la exactitud de los métodos de cribado virtual (CV) y del modelo. Se discuten los beneficios del uso de arquitecturas masivamente paralelas, en particular las unidades de procesamientos gráfico, demostrando empíricamente que están bien adaptadas para la aceleración de las MSV, obteniendo una aceleración de hasta 45 veces, en comparación con su versión secuencial.

In this work we discuss the benefits of using computational intelligence methods, like Support Vector Machines (SVM) for the optimization of the prediction of compounds solubility. SVMs are trained with a database of known soluble and insoluble compounds, and this information is being exploited afterwards to improve Virtual Screening (VS) prediction. The landscape in the high performance computing arena opens up great opportunities in the simulation of relevant biological systems and for applications in bioinformatics, computational biology and computational chemistry. Larger databases increase the chances of generating hits or leads, but the computational time needed for the calculations increases not only with the size of the database but also with the accuracy of the VS methods and the model. We discussed the benefits of using massively parallel architectures, in particular graphics processing units. We empirically demonstrate that GPUs are well-suited architecture for the acceleration of SVM, obtaining up to 15 times sustained speedup compared to its sequential counterpart version.