Machine-learning-guided library design cycle for directed evolution of enzymes: the effects of training data composition on sequence space exploration
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Machine learning (ML) is becoming an attractive tool in mutagenesis-based protein engineering because of its ability to design a variant library containing proteins with a desired function. However, it remains unclear how ML guides directed evolution in sequence space depending on the composition of training data. Here, we present a ML-guided directed evolution study of an enzyme to investigate the effects of a known “highly positive” variant (i.e., variant known to have high enzyme activity) in training data. We performed two separate series of ML-guided directed evolution of Sortase A with and without a known highly positive variant called 5M in training data. In each series, two rounds of ML were conducted: variants predicted by the first round were experimentally evaluated, and used as additional training data for the second-round prediction. The improvements in enzyme activity were comparable between the two series, both achieving enzyme activity 2.2–2.5 times higher than 5M. Intriguingly, the sequences of the improved variants were largely different between the two series, indicating that ML guided the directed evolution to the distinct regions of sequence space depending on the presence/absence of the highly positive variant in the training data. This suggests that the sequence diversity of improved variants can be expanded not only by conventional ML using the whole training data, but also by ML using a subset of the training data even when it lacks highly positive variants. In summary, this study demonstrates the importance of regulating the composition of training data in ML-guided directed evolution.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».