Forschende der Universit?t Jena, der Westf?lischen Hochschule und der Universit?t Prag haben eine Plattform entwickelt, die mittels künstlicher neuronaler Netzwerke chemische Strukturformeln in eine maschinenlesbare Form übersetzt. Damit haben sie ein Werkzeug geschaffen, mit dem diese Informationen aus wissenschaftlichen Ver?ffentlichungen automatisiert in Datenbanken eingespeist werden k?nnen. Bislang war das sprichw?rtlich Handarbeit und entsprechend zeitaufwendig. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins ?Nature Communications“ stellt das Team um Prof. Dr. Christoph Steinbeck und Prof. Dr. Achim Zielesny die neueste Version ihres Tools DECIMER.ai vor (DOI: 10.1038/s41467-023-40782-0Externer Link), die Forschende weltweit nutzen k?nnen.

Wie chemische Verbindungen aufgebaut sind, das hei?t, aus welchen Atomen sie bestehen, wie diese r?umlich angeordnet und miteinander verbunden sind, wird in sogenannten Strukturformeln dargestellt. Für Chemikerinnen und Chemiker l?sst sich aus einer Strukturformel unter anderem ableiten, welche Moleküle miteinander reagieren k?nnen und welche nicht, wie sich komplexe Verbindungen synthetisieren lassen oder welche Naturstoffe eine therapeutische Wirkung haben k?nnten, weil sie mit Zielmolekülen in Zellen zusammenpassen.?

Im 19. Jahrhundert entwickelt, hat sich die Darstellung von Molekülen als Strukturformeln bew?hrt und wird bis heute in jedem Chemie-Lehrbuch genutzt. Doch was die chemische Welt für Menschen intuitiv erfassbar macht, ist für eine Software nur eine Ansammlung schwarzer und wei?er Pixel. ?Um die Informationen aus Strukturformeln in Datenbanken nutzbar zu machen, die automatisiert durchforstet werden k?nnen, müssen sie in einen maschinenlesbaren Code übersetzt werden“, erl?utert Christoph Steinbeck, Professor für Analytische Chemie, Chemieinformatik und Chemometrie der Uni Jena.

Aus einem Bild wird ein Code

Und genau das kann die Künstliche Intelligenz ?DECIMER“, die das Team um Prof. Steinbeck und seinen Kollegen Prof. Achim Zielesny von der Westf?lischen Hochschule entwickelt hat. DECIMER steht für ?Deep Learning for Chemical Image Recognition“ und ist eine open-source Plattform, die für jedermann im Internet frei verfügbar ist und in einem normalen Internetbrowser genutzt werden kann. Dort lassen sich wissenschaftliche Artikel, die chemische Strukturformeln enthalten, einfach per drag and drop hochladen und sofort beginnt die KI ihre Arbeit.?

?Als erstes wird das gesamte Dokument nach Abbildungen durchsucht“, erkl?rt Steinbeck. Danach identifiziert der Algorithmus die enthaltene Bildinformation und klassifiziert diese danach, ob es sich um eine chemische Strukturformel oder irgendein anderes Bild handelt. Die erkannten Strukturformeln werden schlie?lich in den chemischen Strukturcode übersetzt oder in einem Struktureditor dargestellt, so dass sie weiterbearbeitet werden k?nnen. ?Dieser Schritt ist der Kern des Projektes und die eigentliche Leistung“, macht Steinbeck deutlich.