2019 ICLR:图结构引导的蛋白质设计生成模型

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2019年国际机器学习会议(ICLR)上,一篇名为"2019-ICLR-GENERATIVE MODELS FOR GRAPH-BASED PROTEIN DESIGN"的工作坊论文介绍了研究人员们在蛋白质设计领域的创新方法。该研究由John Ingraham、Vikas K. Garg、Regina Barzilay和Tommi Jaakkola来自麻省理工学院的计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)共同完成。 论文关注的是利用生成模型解决基于图结构的蛋白质设计问题。在生物医学、能源和材料科学等领域,人工设计出能够有效解决问题的蛋白质具有巨大的潜力。然而,实际操作中找到稳定且可行的设计往往十分困难,这主要源于蛋白质序列与三维结构之间复杂的相互作用,即所谓的"逆向蛋白质折叠"问题。作者的目标是开发一种能够根据设计目标的图结构规范来生成蛋白质序列的生成模型。 传统的针对给定结构的蛋白质序列模型存在局限性,它们可能无法充分捕捉蛋白质序列中的长程依赖关系,但这些依赖在三维空间中通常是局部化的。因此,研究团队提出了一种新型的生成框架,其重点在于利用深度生成模型高效地处理这种序列上的长程关联,同时保持三维空间中的局部一致性。这种方法在处理蛋白质序列和结构之间的复杂关系方面取得了显著的进步,相比于先前基于参数的结构给定蛋白质序列模型,它朝着通过深度生成模型实现快速和定向的生物分子设计目标迈出了重要的一步。 论文的核心内容包括介绍蛋白质设计的挑战、生成模型的基本原理、如何构建能够捕捉长程序列依赖的图结构表示、以及实验结果和对比分析,展示新模型在性能上的提升。这项工作为蛋白质设计提供了新的计算工具,有望推动这一领域的发展,并为未来的药物发现和材料设计带来创新解决方案。