目前开源AI蛋白质设计软件和资源很多,为方便你快速了解,我将一些主流的整理成了表格:

工具名称 主要功能/特点 开源地址/获取方式
RFdiffusion / RFdiffusionAA 基于扩散模型从头设计蛋白质结构(如结合蛋白、酶、抗体),支持全原子设计(包括蛋白质与小分子的相互作用)。 GitHub: RFdiffusion2
GitHub: rf_diffusion_all_atom
SaProt 结构感知的蛋白质语言模型,将氨基酸序列与结构信息(通过Foldseek编码)结合,在多个下游任务(如功能预测)中表现优异。 GitHub: SaProt
ProteinMPNN 蛋白质序列设计利器,在给定蛋白质骨架结构的情况下,能够快速、高成功率地设计或优化氨基酸序列。常与结构预测工具(如AlphaFold2)联用。 通常与RFdiffusion等工具一同发布,或可在其GitHub仓库找到相关信息。
ProTrek 三模态蛋白质语言模型,支持在序列、结构、功能之间进行跨模态搜索(例如用功能描述查找相关蛋白质结构)。 在线使用: search-protrek.com
Pinal 基于文本描述直接生成蛋白质序列的生成模型。 在线使用: denovo-pinal.com
Evolla 大型蛋白质语言生成模型(800亿参数),能根据输入的蛋白质序列和结构,生成对其功能的文本描述 在线使用: chat-protein.com
ColabSaprot 为SaProt模型提供的交互式平台极大降低了使用门槛,用户无需编码即可进行模型训练和预测。 应与SaProt项目关联
OPMC社区 西湖大学推动的开源蛋白质模型社区,鼓励共享与协作。 官网: theopmc.github.io
xTrimoPGLM 百图生科开源的千亿参数蛋白质语言模型,性能强大,覆盖理解和生成任务。 GitHub: xTrimoPGLM
Hugging Face: biomap-research
genie2 基于扩散模型进行蛋白质设计和支架(scaffolding)的工具。 GitHub: genie2 (注:具体仓库地址需根据描述推断或确认)
BindCraft 自动化蛋白质结合剂设计平台,号称“一次设计即成功”,成功率相比传统方法大幅提升 GitHub: BindCraft

🧭 如何选择和使用这些资源

面对多样的工具,可以从以下几个方面考虑:

  1. 明确你的需求

    • 预测已知序列的蛋白质结构(如用AlphaFold 2/3, RoseTTAFold, ESMFold, OmegaFold)?

    • 优化现有蛋白质的某些性质,如稳定性、活性(如用ProteinMPNN, EVOLVEpro)?

    • 从头设计具有特定功能或结构的新蛋白质(如用RFdiffusion, genie2)?

    • 是希望有一个集成平台简化工作流,而不想组合使用多个独立工具(如ColabSaprot)?

    • 是进行跨模态探索(如用ProTrek)或根据文本描述生成蛋白质(如用Pinal)?

  2. 关注工具的易用性和可及性

    • 本地安装:对于RFdiffusion、SaProt等,通常需要较强的本地计算资源(高端GPU、大量存储空间和内存),并按照官方GitHub仓库的说明进行环境配置、依赖安装和数据库下载。过程可能较为复杂,需耐心排查问题。

    • 在线平台/容器化部署:ProTrek、Pinal、Evolla等提供了在线服务器,可通过浏览器直接使用,对用户硬件要求低。RFdiffusion也提供了预编译的Singularity/Apptainer容器,实现相对便捷的一键部署和运行。

    • ColabSaprot等平台旨在通过用户友好的界面(甚至对话式AI Agent),极大降低生物学家使用AI工具的门槛

  3. 理解算法的原理和局限

    • 数据依赖性强:AI模型的性能很大程度上依赖于训练数据的质量和数量。

    • “黑箱”问题:有些AI模型的决策过程并不完全透明。

    • 动态性与复杂性:目前大多数工具主要预测静态结构,对蛋白质动态构象变化、复杂体内环境的模拟仍具挑战。

    • 实验验证至关重要AI预测不能完全替代实验验证。任何AI设计的蛋白质序列或结构,都需要通过湿实验来最终确认其功能、稳定性和安全性。

  4. 利用资源库和社区

    • OPMC等社区鼓励共享与协作。

    • 许多工具的代码和模型托管在GitHubHugging Face等平台。

    • 关注相关论文、社区讨论和教程(如CSDN博客上的一些使用教程),以便更好地使用工具和了解最新进展。

💡 一些获取与使用提示

许多顶尖蛋白质设计软件,如David Baker实验室开发的RFdiffusionProteinMPNN,其官方源码和模型权重通常会发布在相关的GitHub仓库(例如 https://github.com/RosettaCommons/ 下你可能找到一些项目)。

安装和使用

  • 对于本地安装,务必仔细阅读项目的README.md文档,通常需要安装Conda、Docker或Apptainer/Singularity等环境,并下载庞大的预训练模型和数据库(可能需要数百GB至数TB空间)。

  • 对于在线工具,直接访问提供的URL即可尝试。

  • 对于容器化部署,按照官方指引下载容器映像并使用相应命令运行。

💎 总结

开源AI蛋白质设计软件生态非常活跃,从底层的结构预测与设计(如RFdiffusion)、序列优化(如ProteinMPNN),到融合多模态信息的语言模型(如SaProt, ProTrek),再到更高阶的文本生成序列(如Pinal)和功能描述(如Evolla),以及降低使用门槛的平台(如ColabSaprot)和促进合作的社区(如OPMC),应有尽有。

选择时,结合你的具体目标硬件条件技术背景初学者计算资源有限的用户可以从在线平台容器化工具入手。追求极致控制和深度定制的研究人员,则可以挑战本地安装和源码研究。

希望这些信息能帮助你。开源世界日新月异,保持关注,总能发现新的宝藏。

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