Inverse folding of protein complexes with a structure-informed language model enables unsupervised antibody evolution
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Notice bibliographique
Résumé
Large language models trained on sequence information alone are capable of learning high level principles of protein design. However, beyond sequence, the three-dimensional structures of proteins determine their specific function, activity, and evolvability. Here we show that a general protein language model augmented with protein structure backbone coordinates and trained on the inverse folding problem can guide evolution for diverse proteins without needing to explicitly model individual functional tasks. We demonstrate inverse folding to be an effective unsupervised, structure-based sequence optimization strategy that also generalizes to multimeric complexes by implicitly learning features of binding and amino acid epistasis. Using this approach, we screened ~30 variants of two therapeutic clinical antibodies used to treat SARS-CoV-2 infection and achieved up to 26-fold improvement in neutralization and 37-fold improvement in affinity against antibody-escaped viral variants-of-concern BQ.1.1 and XBB.1.5, respectively. In addition to substantial overall improvements in protein function, we find inverse folding performs with leading experimental success rates among other reported machine learning-guided directed evolution methods, without requiring any task-specific training data.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 découle