The integration of Artificial Intelligence (AI) into the field of drug discovery has been a growing area of interdisciplinary scientific research. However, conventional AI models are heavily limited in handling complex biomedical structures (such as 2D or 3D protein and molecule structures) and providing interpretations for outputs, which hinders their practical application. As of late, Graph Machine Learning (GML) has gained considerable attention for its exceptional ability to model graph-structured biomedical data and investigate their properties and functional relationships. Despite extensive efforts, GML methods still suffer from several deficiencies, such as the limited ability to handle supervision sparsity and provide interpretability in learning and inference processes, and their ineffectiveness in utilising relevant domain knowledge. In response, recent studies have proposed integrating external biomedical knowledge into the GML pipeline to realise more precise and interpretable drug discovery with limited training instances. However, a systematic definition for this burgeoning research direction is yet to be established. This survey presents a comprehensive overview of long-standing drug discovery principles, provides the foundational concepts and cutting-edge techniques for graph-structured data and knowledge databases, and formally summarises Knowledge-augmented Graph Machine Learning (KaGML) for drug discovery. A thorough review of related KaGML works, collected following a carefully designed search methodology, are organised into four categories following a novel-defined taxonomy. To facilitate research in this promptly emerging field, we also share collected practical resources that are valuable for intelligent drug discovery and provide an in-depth discussion of the potential avenues for future advancements.


翻译:将人工智能(AI)纳入药物发现领域是跨学科科学研究的一个日益增长的领域,然而,传统人工智能模型在处理复杂的生物医学结构(如2D或3D蛋白质和分子结构)和对产出的解释方面极为有限,妨碍了这些产出的实际应用;最近,成形机学习(GML)因其制作图表结构生物医学数据并调查其特性和功能关系的超乎寻常的能力而得到相当的重视。尽管作出了广泛努力,但GML方法仍存在若干缺陷,例如处理监督渗透和提供学习和推断过程解释能力的能力有限,以及这些模型在利用相关领域知识方面缺乏效力。作为回应,最近的研究提议将外部生物医学知识纳入GML管道,以便在有限的培训情况下实现更准确和可解释的药物发现。然而,尚未确定这一快速增长的研究方向的系统定义。这项调查全面概述了长期的药物发现原则,为图表结构化数据和知识数据库提供了基础概念和尖端技术,并正式总结了利用相关领域知识知识的效用。最近的研究提议将外部生物医学知识知识纳入GRA研究领域。

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