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Enregistrement W4416600592 · doi:10.1149/ma2025-02361751mtgabs

<i>(Invited)</i> P-Bits and Application of P-Bit-Based Ising Models to Protein Folding and Molecular Docking Problems

2025· article· W4416600592 sur OpenAlexaff
Gengchiau Liang

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2025
Typearticle
Langue
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueDNA and Biological Computing
Établissements canadiensInnovation, Science and Economic Development Canada
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésProbabilistic logicScalabilityProtein foldingENCODEComputational complexity theoryRobustness (evolution)Ising modelComputation

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The computational complexity of biological phenomena, exemplified by protein folding and molecular docking, presents significant challenges due to their inherently non-deterministic polynomial-time (NP)-complete characteristics. Recent advancements in probabilistic computing, particularly probabilistic bits (p-bits), offer promising avenues for addressing these complex biological computations through efficient implementation of Ising models. This presentation discusses two pioneering studies demonstrating the efficacy of p-bit-based probabilistic computing systems in solving the 3-dimensional (3-D) protein folding problem and molecular docking, both crucial in biomedical research and pharmaceutical discovery. In addressing the protein folding challenge, a novel p-bit-based probabilistic computational approach has been developed. This approach leverages the well-established hydrophobic-polar (HP) lattice model, extended into 3-D space, to systematically encode amino acid sequences and their spatial constraints into an Ising framework. A sophisticated encoding scheme involving many-body interactions significantly streamlines the energy landscape, reducing complexity and enhancing computational efficiency. Simulation results indicate marked improvements in identifying correct folding configurations, notably demonstrating a substantial reduction—approximately half—in the total number of energy levels for shorter peptide sequences. Furthermore, this approach successfully predicts optimal configurations for peptide sequences containing up to 36 amino acids, reinforcing the robustness and scalability of p-bit probabilistic circuits (p-circuits) in solving biologically pertinent NP-complete problems. Complementing this work, we introduce the first application of p-bit-based probabilistic computing to molecular docking, a critical process in the elucidation of ligand-target interactions essential for drug discovery. Traditional docking methodologies frequently encounter significant obstacles due to the complex combinatorial nature of ligand-receptor interactions. Here, the molecular docking problem is recast as a Maximum Weighted Clique (MWC) optimization within graph theory, permitting its translation into an Ising model that p-circuits can efficiently resolve. Application of this innovative methodology to practical cases, including docking interactions involving the LolA-LolCDE lipoprotein complex and the AF9 YEATS domain with cyclopeptide inhibitors, demonstrates superior accuracy and computational efficiency compared to established quantum-based computational approaches, such as Gaussian Boson Sampling (GBS) and Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA). Specifically, this p-bit-based method achieved an impressive success rate of approximately 84% in accurately predicting optimal docking conformations. Collectively, these studies underscore the transformative potential of probabilistic computing utilizing p-bits. The successful application of p-circuits to complex biological problems not only highlights their suitability and adaptability to large-scale biological computations but also establishes a foundation for future methodological innovations. By integrating probabilistic computing with biological research, this emerging computational paradigm holds substantial promise for significantly enhancing computational accuracy, efficiency, and capacity in biomedical science and pharmacological discovery.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,014
Score d'incertitude au seuil0,048

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0140,006

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 Opus0,012
Tête enseignante GPT0,243
Écart entre enseignants0,231 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations0
Publié2025
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