Learning the protein language: Evolution, structure, and function

编码 计算机科学 序列(生物学) 人工智能 蛋白质设计 语言模型 蛋白质测序 功能(生物学) 蛋白质结构 机器学习 计算生物学 生物 肽序列 遗传学 生物化学 基因
作者
Tristan Bepler,Bonnie Berger
出处
期刊:Cell systems [Elsevier BV]
卷期号:12 (6): 654-669.e3 被引量:361
标识
DOI:10.1016/j.cels.2021.05.017
摘要

Language models have recently emerged as a powerful machine-learning approach for distilling information from massive protein sequence databases. From readily available sequence data alone, these models discover evolutionary, structural, and functional organization across protein space. Using language models, we can encode amino-acid sequences into distributed vector representations that capture their structural and functional properties, as well as evaluate the evolutionary fitness of sequence variants. We discuss recent advances in protein language modeling and their applications to downstream protein property prediction problems. We then consider how these models can be enriched with prior biological knowledge and introduce an approach for encoding protein structural knowledge into the learned representations. The knowledge distilled by these models allows us to improve downstream function prediction through transfer learning. Deep protein language models are revolutionizing protein biology. They suggest new ways to approach protein and therapeutic design. However, further developments are needed to encode strong biological priors into protein language models and to increase their accessibility to the broader community.

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