AmpLyze: A Deep Learning Model for Predicting the Hemolytic Concentration

深度学习 稳健性(进化) 人工智能 生物信息学 溶血 计算机科学 更安全的 机器学习 毒性 二元分类 急性毒性 训练集 优先次序 桥接(联网) 模式识别(心理学) 计算生物学 数学 数据挖掘 模型验证 数据建模 工程类 序列(生物学) 二进制数
作者
Peng Qiu,Hanqi Feng,Meng-Chun Zhang,Barnabas Poczos
标识
DOI:10.1109/bibm66473.2025.11357112
摘要

In antimicrobial peptide development, red-blood-cell lysis ($\text{HC}_{50}$) is the principal safety barrier, but existing in silico tools stop at a binary toxicity classification. Here we propose a new method, AmpLyze, that closes this gap by predicting the actual $\text{HC}_{50}$ value from protein sequence alone and explaining the residues that drive toxicity. The model couples residue-level ProtT5/ESM2 embeddings with sequence-level descriptors in dual local and global branches, aligned by a cross-attention module and trained with log-cosh loss for robustness to assay noise. The optimal AmpLyze model reaches a PCC of 0.756 and an MSE of 0.987, outperforming classical regressors and the state-of-the-art. Ablations confirm that both branches are essential, and cross-attention adds a further $1 \% \text{PCC}$ and 3% MSE improvement. Expected-Gradients attributions reveal known toxicity hotspots and suggest safer substitutions. By turning hemolysis assessment into a quantitative, sequence-based, and interpretable prediction, AmpLyze facilitates AMP design and offers a practical tool for early-stage toxicity screening.
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