Iterative Machine Learning for Classification and Discovery of Single-Molecule Unfolding Trajectories from Force Spectroscopy Data

工作流程 计算机科学 力谱学 人工智能 机器学习 支持向量机 数据挖掘 蒙特卡罗方法 核(代数) 模式识别(心理学) 算法 材料科学 原子力显微镜 纳米技术 数学 数据库 组合数学 统计
作者
Vanni Doffini,Haipei Liu,Zhaowei Liu,Michael A. Nash
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (22): 10406-10413 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03026
摘要

We report the application of machine learning techniques to expedite classification and analysis of protein unfolding trajectories from force spectroscopy data. Using kernel methods, logistic regression, and triplet loss, we developed a workflow called Forced Unfolding and Supervised Iterative Online (FUSION) learning where a user classifies a small number of repeatable unfolding patterns encoded as images, and a machine is tasked with identifying similar images to classify the remaining data. We tested the workflow using two case studies on a multidomain XMod-Dockerin/Cohesin complex, validating the approach first using synthetic data generated with a Monte Carlo algorithm and then deploying the method on experimental atomic force spectroscopy data. FUSION efficiently separated traces that passed quality filters from unusable ones, classified curves with high accuracy, and identified unfolding pathways that were undetected by the user. This study demonstrates the potential of machine learning to accelerate data analysis and generate new insights in protein biophysics.
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