Desenvolvimento de uma abordagem híbrida inteligente para estimação de docking molecular entre proteínas utilizando redes de pseudo-convolução e Random Forests

Abstract

Docking molecular é uma técnica computacional utilizada para prever como duas moléculas, geralmente uma proteína e um ligante, interagem entre si. Essa técnica simula o encaixe da molécula menor (ligante) no sítio ativo da molécula maior (proteína), permitindo a análise de afinidade e especificidade das interações. Essa abordagem é fundamental para a desco berta de novos medicamentos, pois auxilia na identificação de possíveis candidatos a fármacos e na compreensão dos mecanismos moleculares subjacentes a diversas doenças. Além disso, técnicas avançadas de Inteligência Artificial (IA) e aprendizado de máquina têm aprimorado a precisão e a eficiência dessas previsões, reduzindo custos e tempo no desenvolvimento de novos tratamentos. Neste trabalho, foi desenvolvida uma abordagem híbrida inteligente para a estimativa do encaixe molecular entre proteínas, integrando redes de pseudo-convolução e algoritmos de *Random Forests*. O objetivo foi melhorar a precisão na previsão da afinidade de ligação entre proteínas por meio de uma estratégia baseada em aprendizado de máquina. As redes de pseudo-convolução foram empregadas para processar sequências de aminoácidos das proteínas candidatas, fragmentando-as em segmentos menores e capturando informações estruturais relevantes. Posteriormente, os vetores resultantes foram classificados por modelos de Random Forests. A metodologia foi avaliada por meio de experimentos comparativos com abordagens tradicionais de *docking* molecular, explorando também a capacidade de gene ralização do modelo a diferentes tipos de proteínas e interações moleculares. Os resultados demonstraram avanços significativos, com destaque para a redução de 8113 para 11 atributos, o que aumentou a eficiência computacional sem prejuízo da acurácia. O modelo de Random Forest com 200 árvores obteve acurácia de 99,8%, índice Kappa de 0,997, sensibilidade de 0,997, especificidade de 1,000 e AUC de 1,000, evidenciando alto desempenho e contribuições relevantes para a descoberta computacional de medicamentos. A conclusão deste trabalho evidencia que a abordagem proposta, baseada em redes de pseudo-convolução e algoritmos Random Forest, obteve desempenho elevado na tarefa de predição de docking molecular, com acurácia de 99,8% e índice Kappa de 0,997. Também é destacado que a redução de atributos, de 8113 para apenas 11, possibilitou uma significativa diminuição no tempo de treinamento dos modelos, mantendo a alta performance. Por fim, são sugeridas aplicações futuras da me todologia em diferentes bases de dados e cenários de interação molecular.