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protein-design-workflow

写作与研究

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更新于 10-15 10:54

技能介绍

用途

该技能面向蛋白质设计项目,提供从靶点准备到候选筛选的端到端工作流指导。当用户开始新的蛋白质设计项目、需要分步流程指引时,可参考本技能。资料将其定位为标准 binder 设计流水线。

主要能力与流程

整体流程为:Target Preparation(靶点准备)→ Backbone Generation(骨架生成)→ Sequence Design(序列设计)→ Structure Validation(结构验证)→ Filtering(过滤筛选)。

阶段 1:靶点准备

  1. 获取靶点结构,例如从 PDB 下载:curl -o target.pdb "https://files.rcsb.org/download/XXXX.pdb"。
  2. 清洗和准备:提取目标链、按需去除水分子与配体、裁剪至结合区域加 10A buffer。
  3. 选择 hotspots:挑选 3-6 个暴露残基,偏好带电或芳香族残基(K、R、E、D、W、Y、F),检查表面可及性,核对残基编号。输出为 target_prepared.pdb 及 hotspot 列表。

阶段 2:骨架生成

提供两种选项:

  • 选项 A:RFdiffusion(多样探索),从官方仓库运行(非 biomodals),示例命令包含 input_pdb、contigmap.contigs、ppi.hotspot_res、num_designs 等参数。
  • 选项 B:BindCraft(端到端),通过 modal 运行,示例参数包含输入 PDB、目标 hotspot 残基、最终设计数量。 输出为 100-500 个骨架 PDB。

阶段 3:序列设计

针对 RFdiffusion 骨架,使用 modal_ligandmpnn.py 循环处理,示例参数包含 number_of_batches 8、temperature 0.1。每个骨架输出 8 条序列(共 800-4000 条)。

阶段 4:结构验证

准备含 binder + target 的 FASTA(多聚体用 binder:target 格式),通过 modal_alphafold.py 预测复合物。输出为带 pLDDT、ipTM、PAE 的 AF2 预测结果。

阶段 5:过滤与选择

应用标准阈值进行筛选,资料给出的过滤条件为:pLDDT > 0.85、ipTM > 0.50、PAE_interface < 10、scRMSD < 2.0、esm2_pll > 0.0。随后按复合评分排序,评分公式为 0.3×pLDDT + 0.3×ipTM + 0.2×(1 - PAE_interface/20) + 0.2×esm2_pll,取前 50 个设计。输出为 50-200 个过滤后候选。

资源规划

  • 计算需求:RFdiffusion 使用 A10G(100 个设计约 30 分钟);ProteinMPNN 使用 T4(约 15 分钟);Chai/AlphaFold 使用 A100(约 4-8 小时);过滤使用 CPU(约 15 分钟)。
  • 时间线:小型项目(100 个设计)约 8-12 小时;中型(500 个)约 24-48 小时;大型(1000+)约 2-5 天。

质量检查点

  • 骨架生成后:目视检查骨架多样性、存在二级结构、与靶点无冲突。
  • 序列设计后:多数序列 ESM2 PLL > 0.0、无非预期半胱氨酸(除非有意设计)、序列多样性合理。
  • 验证后:pLDDT > 0.85、ipTM > 0.50、PAE_interface < 10、自一致性 RMSD < 2.0 A。
  • 最终选择:序列多样(必要时聚类)、可制造(无问题基序)、分子量合理。

常见问题

  • ipTM 低:检查 hotspots,增加设计数量。
  • 多样性差:提高温度,增加骨架数量。
  • scRMSD 高:骨架可能不常见。
  • pLDDT 低:检查设计质量。

进阶工作流

  • 多工具组合:RFdiffusion 生成初始骨架、Mosaic 做基于梯度的细化、ProteinMPNN 多样化、AF2 最终验证。
  • 迭代优化:运行初始项目、分析失败、调整 hotspots/参数、带着认知重复。

限制

资料未提供该技能的具体安装方式、许可、定价及平台支持范围等信息,这些内容暂未提供。使用时应以各工具官方文档为准。