SAGE-prot:用于多目标蛋白质设计的得分辅助生成探索
Hocheol Lim1, Geon-Ho Lee1, Hyein Cho1
1Bioinformatics and Molecular Design Research Center (BMDRC), 85 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon, 21983, Republic of Korea.
我们开发了SAGE-Prot,这是一种新的蛋白质设计框架,使用人工智能创建具有改进功能的蛋白质. 这种方法加速了用于生物技术应用的高性能蛋白质变体的发现.
科学领域:
- 生物技术是生物技术.
- 蛋白质工程是指蛋白质工程.
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 设计具有多个优化性质的蛋白质具有挑战性,尤其是在冲突的目标或缺乏结构模板的情况下.
- 现有的方法往往依赖于结构信息,或缺乏有效的优化策略,用于复杂的设计任务.
研究的目的:
- 介绍SAGE-Prot,一个直接优化蛋白序列的框架,集成生成模型和遗传算法.
- 为了证明SAGE-Prot在改善蛋白质特性 (如结合亲和力,稳定性,酶活性和可溶性) 的有效性.
主要方法:
- 在封闭循环系统中,SAGE-Prot采用自回归序列生成,基于遗传算法 (GA) 的多样化和以评分为导向的属性评估.
- 它直接在没有模板的情况下优化蛋白质序列,使结构意识评估成为可能.
- 使用课程学习 (CL) 策略来加快融合并提高设计质量.
主要成果:
- 使用混合语言模型/GA策略的SAGE-Prot在10种治疗蛋白质的重新发现和相似性基准中表现优于基线方法.
- 该框架成功地确定了蛋白质G域B1和TEM-1β-乳酸酶的高性能变体.
- 实验验证显示,对于设计的TEM-1β-乳酸酶变体,催化活性增加了752倍.
结论:
- SAGE-Prot提供了一种可泛化,数据驱动的方法,用于在各种优化场景中进行蛋白质工程.
- 将深度生成建模与结构知情评估和代微调相结合,可以有效地发现功能性蛋白质变体.
- 这一框架对于推动生物技术和治疗性蛋白质设计具有重大实用性.
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