蘋果公佈 SimpleDesign 蛋白質設計模型，可聯合生成序列與三維結構
作者：問舟 責編：問舟 評論： 9 月 12 日消息，蘋果公司的研究人員本月初公佈了一項名為 SimpleDesign 的蛋白質設計模型，相關研究論文以預印本形式發佈在 arxiv 上。該模型能夠聯合生成蛋白質的氨基酸序列和三維結構，採用直接在原始數據上訓練的方式，省去了傳統多階段訓練流程中的中間表示轉換環節。研究人員在論文中提到，現有不少蛋白質聯合設計模型需要先訓練自編碼器，將蛋白質結構轉換為離散的潛在表示，再訓練生成模型處理這些表示。SimpleDesign 直接使用氨基酸序列和連續三維座標進行端到端訓練。這項研究延續了蘋果此前 SimpleFold 項目的技術思路。
SimpleFold 通過流匹配模型，根據氨基酸序列直接預測蛋白質三維結構。SimpleDesign 則將這一簡化架構擴展至蛋白質設計任務，不僅預測結構，還嘗試同時生成能夠形成相應結構的氨基酸序列。研究團隊使用了超過 200 萬組蛋白質序列與結構配對數據，主要來自 AFESM 數據集。該數據集整合了 AlphaFold 數據庫的預測結構及其他樣本。訓練過程中，模型會隨機遮蓋氨基酸序列中的部分內容，同時向對應的三維結構添加噪聲。通過調整序列和結構的破壞程度，模型可以學習不同的蛋白質任務。
當序列基本完整而結構受到較大幹擾時，任務類似於蛋白質摺疊，即根據已知序列恢復結構；當結構基本完整而序列被大量遮蓋時，則類似於逆折疊，即生成能夠形成指定結構的氨基酸序列。當序列與結構同時受到部分破壞時，模型需要聯合處理兩類信息，從而學習蛋白質序列與結構的協同設計。注：蛋白質摺疊是指氨基酸鍊形成特定三維結構的過程，逆折疊則是根據目標結構尋找可能對應的氨基酸序列。根據研究結果，SimpleDesign 在蛋白質聯合設計、結構生成和序列生成等基準測試中取得了具有競爭力的表現。研究人員還發現，該模型能夠生成具有合理形態的蛋白質結構，生成的氨基酸序列整體質量與多數競品多模態模型相當或更好。
不過，論文目前僅報告了計算機評估結果。研究團隊尚未通過實驗驗證生成蛋白質能否實際摺疊、發揮功能或在生物系統中安全運行，因此這些結果還不能直接證明模型設計出的蛋白質具備實際應用能力。
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