用途
protein-qc 是蛋白质设计流程中的质量控制(QC)技能,用于在计算设计阶段评估和筛选候选设计。它按用途将 QC 分为三类:结合(Binding)、表达(Expression)和结构(Structural),每类又分为指标级(计算数值与阈值)和设计级(模式/基序检测)两个层次。
主要能力
阈值参考
技能提供各指标的阈值表,区分标准与严格两档,并标注来源工具:
- 结构类:pLDDT > 0.85(严格 > 0.90)、pTM > 0.70(严格 > 0.80)、scRMSD < 2.0 Å(严格 < 1.5 Å)。
- 结合类:ipSAE_min > 0.61(严格 > 0.70)、ipTM > 0.50(严格 > 0.60)、PAE_interaction < 12 Å(严格 < 10 Å)、Shape Comp (SC) > 0.50(严格 > 0.62)、interface_dG < -10(严格 < -15)、Interface BUNS <= 4(严格 <= 2)。
- 表达类:Instability < 40(严格 < 30)、GRAVY < 0.4(严格 < 0.2)、ESM2 PLL > 0.0(严格 > 0.2)、Folding ΔG < -2 kcal/mol(严格 < -4 kcal/mol)。
设计级检查
针对表达风险的模式检测,包括:奇数半胱氨酸(未配对二硫键,建议重新设计)、NG/NS/NT 基序(脱酰胺,标记或避免)、K/R 连续 >= 3(蛋白水解,标记)、疏水连续 >= 6(聚集,重新设计)。
界面指标
除形状互补性和 interface_dG 外,技能介绍两个界面指标:Buried unsatisfied H-bonds (BUNS) 和 ContactMolecularSurface。BUNS 指埋藏极性原子未形成氢键,是主要能量失败模式,建议保持在 <= 4(标准)或 <= 2(严格)。ContactMolecularSurface 是形状互补性加权的接触面积,不受有间隙或孔洞界面的误导,越高越好。两者均见于 Cao 2022、AlphaProteo 和 BindCraft 过滤集。
结合体排序
引用一项对 15 个靶点、3,766 个实验测试结合体的元分析(Overath et al., bioRxiv 2025, doi:10.1101/2025.08.14.670059),指出 AF3 ipSAE_min 是单一最佳计算预测指标,三特征线性模型泛化最好,复杂模型未超越线性模型。推荐过滤策略:
- 阈值:AF3 ipSAE_min > 0.61,或 ipSAE_min × interface_ΔG/ΔSASA < -1.5,或 LIS × shape_complementarity > 0.42。
- 预过滤:shape_complementarity > 0.62 且 RMSD_binder < 3.73(输入与重预测),再按 ipSAE_min 取 top-K。
ipSAE_min 是两个不对称方向(binder→target 和 target→binder)的最小值,非平均或最大。RMSD_binder 过滤在某些靶点上可能过严,建议作为软预过滤而非硬截断。
稳定性预测
针对小结构域(约 60 至 80 残基,minibinder 范围),SaProtΔG(Cho et al., bioRxiv 2026, doi:10.64898/2026.05.19.726285)可预测绝对折叠 ΔG,RMSE 约 0.8 kcal/mol,改善稳定与不稳定设计蛋白的区分。商业工作应使用 SaProt 变体而非 ESM3 变体,因 ESM3 权重为非商业许可。过滤时选择更负(更稳定)的 ΔG。
序列风险扫描
技能提供 Python 代码示例,将风险检查实现为基序规则,而非依赖抗体专用依赖。严重程度随溶剂暴露升高(有结构时按 SASA 门控)。代码包含脱酰胺、异构化、N-糖基化、多碱性、疏水连续段等模式,以及未配对半胱氨酸检查。Met 和 Trp 氧化也是风险,但仅在残基溶剂暴露时标记。
顺序过滤流程
提供 pandas 代码示例,按阶段过滤:结构置信度(pLDDT > 0.85)、自一致性(scRMSD < 2.0)、结合质量(ipTM > 0.5 且 PAE_interaction < 10)、序列合理性(esm2_pll_normalized > 0.0)、表达检查(偶数半胱氨酸、instability_index < 40)。
复合评分
强调单个指标太弱,必须使用复合评分排序。提供示例函数,权重为:pLDDT 0.30、ipTM 0.20、PAE_interaction 0.20、shape_complementarity 0.15、esm2_pll_normalized 0.15。
工具特定过滤
- BindCraft 过滤级别:Default(标准设计,最严格)、Relaxed(需要更多设计,失败率更高)、Peptide(< 30 AA,成功率约低 5-10 倍)。
- BoltzGen 过滤:提供命令行示例,含 --budget 60、--alpha 0.01、--filter_biased true、--refolding_rmsd_threshold 2.0、--additional_filters 'ALA_fraction<0.3'。alpha=0.0 为仅质量排序,alpha=0.01 为默认(轻微多样性),alpha=1.0 为仅多样性。
设计级严重度评分
LOW 0-15 继续;MODERATE 16-35 审查标记问题;HIGH 36-60 建议重新设计;CRITICAL 61+ 必须重新设计。
实验相关性
ipTM AUC 约 0.64,PAE 约 0.65,ESM2 PLL 约 0.72(最佳单指标),复合约 0.75+(始终使用)。关键洞察:指标作为过滤器(消除失败)而非预测器(排序成功)。
项目健康评估
通过率 > 15% 优秀,10-15% 良好,5-10% 边缘,< 5% 差。
失败恢复决策树
针对 pLDDT 过滤通过太少、ipTM 过滤通过太少、scRMSD 过高、全部通过但无实验命中、通过过多等场景,提供诊断与修复建议,包括调整 noise_scale、温度、序列数、热点选择、结合体长度、更换设计工具等。
诊断命令
提供 pandas 代码示例,快速评估各阶段通过率并识别主要问题。
使用方式
该技能以参考文档和代码示例形式提供,用户可在蛋白质设计流程中调用其阈值、过滤流程和诊断逻辑。具体安装或调用方式暂未提供。
适用场景
适用于蛋白质结合体设计、表达优化和结构验证的计算筛选阶段,尤其适合需要系统化过滤大量候选设计的场景。
限制
技能明确指出:单个指标对结合的预测力弱(ROC AUC 0.64-0.66,仅略优于随机),这些阈值用于过滤差设计,但不能预测结合亲和力。复合评分对有意义排序至关重要。