Protpardelle: нова модель повноатомної дифузії для спільного проектування структури та послідовності білків

Команда дослідників зі Стенфордського університету представила Protpardelle — повноатомну модель дифузії, яка враховує складну взаємодію між безперервними та дискретними структурами білків, що є значним досягненням у галузі дизайну білків. Ця модель здійснює революційний подвиг, генеруючи білки виняткової якості, різноманітності та новизни, розширюючи межі традиційного дизайну білків.

Білки слугують важливими компонентами в біологічних процесах, організовуючи різні життєво важливі функції за допомогою точних хімічних взаємодій. Проблема полягає в точному моделюванні цих взаємодій, які в основному регулюються бічними ланцюгами, щоб забезпечити ефективний дизайн білків. Protpardelle використовує унікальну техніку суперпозицій, яка охоплює різні потенційні стани бічних ланцюгів, а потім згортає їх, щоб ініціювати зворотну дифузію для генерації зразка.

Інтегруючись з методами конструювання послідовностей, Protpardelle є першопрохідцем у спільному проектуванні структур та послідовностей білків, що складаються з одного атома. Отримані білки демонструють неперевершену якість, що вимірюється широко прийнятими метриками, які оцінюють самоузгодженість. Ця метрика прогнозує структурну конформацію розробленої послідовності та оцінює відповідність між прогнозованою та досліджуваною структурами. Protpardelle постійно досягає показників успішності, що перевищують 90% для білків з кількістю залишків до 300, що знаменує собою значний прогрес у можливостях проектування порівняно з існуючими методами. Крім того, він досягає цього зі значно меншими обчислювальними витратами, що підкреслює його ефективність.

Різноманітність є важливою характеристикою генеративних моделей, яка захищає від колапсу режимів і розширює спектр життєздатних рішень. Protpardelle перевершує в цьому відношенні, кластеризуючи зразки, щоб виявити багатий ландшафт структурної різноманітності. Його вміння генерувати білки з широким спектром альфа- і бета-структур підкреслює його універсальність.

Важливо, що Protpardelle не обмежений рамками навчального набору даних. Він демонструє чудову здатність створювати нові білки, відмінні від тих, що містяться в його навчальному наборі, що вказує на його потенціал революціонізувати білкову інженерію, досліджуючи незвідану територію.

Атомна модель Protpardelle демонструє свою майстерність у безумовному генеруванні білків, особливо добре справляючись з білками, що містять до 150 залишків. Вона досягає показника успішності близько 60% при оцінці за допомогою метрик структурної подібності. Візуальне дослідження зразків виявляє різноманітний набір білкових складок, прикрашених різними вторинними структурними елементами.

Protpardelle підтримує хімічну цілісність створених зразків, узгоджуючи їх з розподілом довжин і кутів зв’язків, що спостерігаються в природних білках. Модель вправно фіксує первинні режими природного розподілу кутів хі, пропонуючи всебічне представлення поведінки бічних ланцюгів.

Мережева архітектура дослідницької групи, що підтримує виняткові можливості Protpardelle, включає структуру U-ViT зі спеціально розробленими шарами та елементами обробки інформації. Шумозаглушення відіграє ключову роль у впровадженні критично важливої інформації в процес навчання. Модель проходить ретельне навчання на наборі даних CATH S40, демонструючи надійність своєї основи.

Унікальний етап знебарвлення, який є ключовим елементом процесу вибірки, ще більше посилює передовий підхід Protpardelle. Цей адаптований алгоритм ефективно орієнтується в тонкощах генерації білка, точно налаштовуючи параметри для отримання оптимальних результатів.

Впровадження Protpardelle являє собою зміну парадигми в дизайні білків, відкриваючи нові можливості в біотехнології та фармацевтиці. Його потенціал революціонізувати білкову інженерію шляхом безперешкодної інтеграції структури та послідовності провіщає нову еру в цій галузі. Оскільки дослідники продовжують вивчати його безмежні можливості, Protpardelle готовий змінити ландшафт білкового дизайну та інженерії.