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binder-design

智能体与模型

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更新于 10-15 10:54

技能介绍

用途

本技能用于指导选择正确的蛋白质结合体设计工具,适用场景包括:(1)在 BoltzGen、BindCraft 或 RFdiffusion 之间做选择;(2)规划蛋白质结合体设计流程。资料核心观点是:没有单一工具对所有目标都最好,命中率强烈依赖目标,因此应按目标类型、想要控制的内容以及可用算力来选型。

主要能力与工具对比

资料给出一个基于同靶标头对头竞赛的信号。在 Adaptyv Nipah de novo 目标上,公开结果显示:Mosaic(梯度、多模型)测试 9 个、得 8 个 binder,命中率 89%;ProteinMPNN 混合测试 28、得 7,命中率 25%;RFdiffusion 测试 60、得 13,命中率 22%;BindCraft 测试 98、得 7,命中率 7%;BoltzGen 测试 182、得 6,命中率 3%。资料强调 Mosaic 在该次比较中命中率最高,但样本小且经过专家调优,排名在其他目标上会变化,这种目标依赖性对所有方法都成立,不能先验地知道哪个方法在新目标上会胜出,因此这不是固定排行榜。

各工具要点:BoltzGen——全原子、单步、开箱即用,适合最低工作量的默认选择与配体结合,弱点是回路中只有一个模型、每设计算成本中等。Mosaic——可组合多模型目标函数、在困难头对头中胜出,适合困难或重要目标与专家使用,需要调优且仅本地 JAX 运行。BindCraft——端到端、内置 AF2 验证,适合生产级活动,多样性较低。RFdiffusion——多样性高,适合探索,需要 ProteinMPNN,且不在 biomodals 中。Germinal——抗体与纳米抗体格式,适合 scFv / VHH 设计,但较为挑剔。

资料还给出每设计算成本(Adaptyv 在 7 个目标上的平均,按目标有数倍波动):RSO 约 $0.15,RFdiffusion 约 $0.25,Mosaic 约 $0.55,ESMFold2 inversion 约 $0.85,mBER 约 $1.40,Germinal 约 $1.60,BoltzGen 约 $1.80,BindCraft 约 $2.90。每设计算成本不等于获得 binder 的成本,后者还取决于目标命中率。梯度方法(RSO、Mosaic)每设计便宜但需要设置与调优;BoltzGen 与 BindCraft 每设计更贵但开箱即用,优势在于低人力投入而非最低算力成本。

使用方式(决策与示例流程)

选择起点可按决策树:最低成本/工作量到可测试设计 → BoltzGen(默认);困难/重要目标且可投入调优 → Mosaic(梯度、多模型);配体/小分子结合 → BoltzGen(全原子);多样性/探索 → RFdiffusion + ProteinMPNN;端到端且内置验证 → BindCraft;抗体/纳米抗体(VHH)→ germinal 技能(biomodals 中还有 mber、iggm)。无论用哪种生成器,都用 boltz 或 chai 验证,并用 ipsae 排序。其他 biomodals 支持的选项:modal_rso.py(Rejection Sampling Optimization,基于 AlphaFold 的梯度方法)用于 minibinders,modal_mber.py 用于 VHH 纳米抗体。

示例流程 BoltzGen → Chai → QC:BoltzGen 提供全原子设计并内置侧链包埋。流程为 Target(pdb)→ BoltzGen(all-atom)→ Validate(chai)→ Filter(qc)。步骤 1 目标准备:从 PDB 获取结构(可参考 pdb 技能),修剪到结合区域加 10A 缓冲,移除水和配体,必要时重编号链。步骤 2 热点选择:选择 3-6 个暴露残基,偏好带电/芳香族残基,空间上聚集(10-15A 内)。步骤 3 用 BoltzGen 设计:先创建 YAML 配置文件(如 binder.yaml),内容示例:

entities:

  • protein: id: B sequence: 70..100

  • file: path: target.cif include: - chain: id: A binding_types: - chain: id: A binding: 45,67,89

然后运行:

modal run modal_boltzgen.py
--input-yaml binder.yaml
--protocol protein-anything
--num-designs 50

选择 BoltzGen 的原因:全原子输出(无需单独的 ProteinMPNN 步骤)、更适合配体/小分子结合、单步设计(骨架+序列+侧链)。

替代方案 RFdiffusion 流程:当需要最大多样性或偏好仅骨架时。步骤 1 骨架生成(RFdiffusion,从官方仓库运行):

python run_inference.py
inference.input_pdb=target.pdb
contigmap.contigs=[A1-150/0 70-100]
ppi.hotspot_res=[A45,A67,A89]
inference.num_designs=500

步骤 2 序列设计:

modal run modal_ligandmpnn.py
--input-pdb backbone.pdb
--params-str "--number_of_batches 16 --temperature 0.1"

步骤 5 验证:

modal run modal_chai1.py
--input-faa sequences.fasta
--out-dir predictions/

步骤 6 过滤:应用标准阈值,pLDDT > 0.80、ipTM > 0.50、PAE_interface < 10、scRMSD < 2.0 A,详见 protein-qc 技能。

设计数量参考:骨架生成 500-1000(多样性);每条骨架序列 8-16(序列空间);AF2 预测全部(验证);过滤后 50-200(候选);实验测试 10-50(最终选择)。

适用场景与限制

适用场景包括蛋白质结合体设计工具选型、难目标或重要目标的策略规划、配体结合设计、多样性与探索性设计、生产级活动、抗体与纳米抗体设计。限制与注意事项:命中率目标依赖性强,无法先验判断某方法在新目标上的表现,本资料并非固定排行榜;Mosaic 需要调优且仅本地 JAX 运行;RFdiffusion 需要 ProteinMPNN 且不在 biomodals 中;Germinal 较为挑剔;示例流程中的命令与配置仅为资料给出的一个路径,实际可替换生成器。

常见错误包括:热点选择错误(使用埋藏残基、热点过多导致过度约束、链/残基编号错误);多样性不足(设计数量过少、ProteinMPNN 温度过低、未探索多条骨架);目标准备不当(包含整个蛋白而非结合区域、遗漏重要结构特征、质子化状态错误)。时间线参考(计算时间):RFdiffusion(500 设计)2-4 小时,ProteinMPNN(8000 序列)1-2 小时,AF2 预测(8000 序列)12-24 小时,过滤与分析 1-2 小时,总计 1-2 天计算时间。