蛋白质设计软件有哪些开源资源?
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。文档,通常需要安装Conda、Docker或Ap
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 |
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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:
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明确你的需求:
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是预测已知序列的蛋白质结构(如用AlphaFold 2/3, RoseTTAFold, ESMFold, OmegaFold)?
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是优化现有蛋白质的某些性质,如稳定性、活性(如用ProteinMPNN, EVOLVEpro)?
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是从头设计具有特定功能或结构的新蛋白质(如用RFdiffusion, genie2)?
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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)?
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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)?
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关注工具的易用性和可及性:
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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。
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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。
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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。
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理解算法的原理和局限:
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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。
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“黑箱”问题:有些AI模型的决策过程并不完全透明。
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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。
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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。
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利用资源库和社区:
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OPMC等社区鼓励共享与协作。
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许多工具的代码和模型托管在GitHub和Hugging Face等平台。
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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。
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💡 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RFdiffusion和ProteinMPNN,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:
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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。
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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、硬件条件和技术背景。初学者或计算资源有限的用户可以从在线平台或容器化工具入手。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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