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Enregistrement W4406170484 · doi:10.1093/bioinformatics/btaf009

BetaAlign: a deep learning approach for multiple sequence alignment

2024· article· en· W4406170484 sur OpenAlexfundno aff
Edo Dotan, Elya Wygoda, Noa Ecker, Michael Alburquerque, Oren Avram, Yonatan Belinkov, Tal Pupko

Notice bibliographique

RevueBioinformatics · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueGenomics and Phylogenetic Studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesTel Aviv UniversityAzrieli FoundationIsrael Science Foundation
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceInferenceSubspace topologyMultiple sequence alignmentChunking (psychology)Sequence (biology)Sequence alignmentSmith–Waterman algorithmMachine learningDeep learningSet (abstract data type)PhylogenomicsPhylogenetic treeBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

MOTIVATION: Multiple sequence alignments (MSAs) are extensively used in biology, from phylogenetic reconstruction to structure and function prediction. Here, we suggest an out-of-the-box approach for the inference of MSAs, which relies on algorithms developed for processing natural languages. We show that our artificial intelligence (AI)-based methodology can be trained to align sequences by processing alignments that are generated via simulations, and thus different aligners can be easily generated for datasets with specific evolutionary dynamics attributes. We expect that natural language processing (NLP) solutions will replace or augment classic solutions for computing alignments, and more generally, challenging inference tasks in phylogenomics. RESULTS: The MSA problem is a fundamental pillar in bioinformatics, comparative genomics, and phylogenetics. Here, we characterize and improve BetaAlign, the first deep learning aligner, which substantially deviates from conventional algorithms of alignment computation. BetaAlign draws on NLP techniques and trains transformers to map a set of unaligned biological sequences to an MSA. We show that our approach is highly accurate, comparable and sometimes better than state-of-the-art alignment tools. We characterize the performance of BetaAlign and the effect of various aspects on accuracy; for example, the size of the training data, the effect of different transformer architectures, and the effect of learning on a subspace of indel-model parameters (subspace learning). We also introduce a new technique that leads to improved performance compared to our previous approach. Our findings further uncover the potential of NLP-based methods for sequence alignment, highlighting that AI-based algorithms can substantially challenge classic approaches in phylogenomics and bioinformatics. AVAILABILITY AND IMPLEMENTATION: Datasets used in this work are available on HuggingFace (Wolf et al. Transformers: state-of-the-art natural language processing. In: Proceedings of the 2020 Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing: System Demonstrations. p.38-45. 2020) at: https://huggingface.co/dotan1111. Source code is available at: https://github.com/idotan286/SimulateAlignments.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,727
Score d'incertitude au seuil0,476

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,025
Tête enseignante GPT0,254
Écart entre enseignants0,229 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations6
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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