Top-down design of protein architectures with reinforcement learning

强化学习 蛋白质设计 计算机科学 背景(考古学) 蛋白质结构 人工智能 化学 生物 古生物学 生物化学
作者
Isaac D. Lutz,Shunzhi Wang,Christoffer Norn,Alexis Courbet,Andrew J. Borst,Yan Ting Zhao,Annie Dosey,Longxing Cao,Jinwei Xu,Elizabeth M. Leaf,Catherine Treichel,Patrisia Litvicov,Zhe Li,Alexander D. Goodson,Paula Rivera-Sánchez,Ana-Maria Bratovianu,Minkyung Baek,Neil P. King,Hannele Ruohola‐Baker,David Baker
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:380 (6642): 266-273 被引量:64
标识
DOI:10.1126/science.adf6591
摘要

As a result of evolutionary selection, the subunits of naturally occurring protein assemblies often fit together with substantial shape complementarity to generate architectures optimal for function in a manner not achievable by current design approaches. We describe a "top-down" reinforcement learning-based design approach that solves this problem using Monte Carlo tree search to sample protein conformers in the context of an overall architecture and specified functional constraints. Cryo-electron microscopy structures of the designed disk-shaped nanopores and ultracompact icosahedra are very close to the computational models. The icosohedra enable very-high-density display of immunogens and signaling molecules, which potentiates vaccine response and angiogenesis induction. Our approach enables the top-down design of complex protein nanomaterials with desired system properties and demonstrates the power of reinforcement learning in protein design.
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