Artificial intelligence method to design and fold alpha-helical structural proteins from the primary amino acid sequence

蛋白质设计 蛋白质结构预测 蛋白质二级结构 蛋白质折叠 蛋白质结构 折叠(DSP实现) 序列(生物学) 合理设计 肽序列 计算生物学 蛋白质测序 蛋白质工程 折叠(高阶函数) 氨基酸 从头算 功能(生物学) 结构生物信息学 计算机科学 生物 工程类 化学 生物化学 结构工程 遗传学 基因 有机化学 程序设计语言
作者
Zhao Qin,Lingfei Wu,Hui Sun,Siyu Huo,Tengfei Ma,Eugene J. Lim,Pin‐Yu Chen,Benedetto Marelli,Markus J. Buehler
出处
期刊:Extreme Mechanics Letters [Elsevier BV]
卷期号:36: 100652-100652 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.eml.2020.100652
摘要

The development of rational techniques to discover new mechanically relevant proteins for use in variety of applications ranging from mechanics, agriculture to biotechnology remains an outstanding nanomechanical design problem. The key barrier is to design a sequence to fold into a predictable structure to achieve a certain material function. Focused on alpha-helical proteins (as found in skin, hair, and many other mechanically relevant protein materials), we report a Multi-scale Neighborhood-based Neural Network (MNNN) model to learn how a specific amino acid sequence folds into a protein structure. The algorithm predicts the protein structure without using a template or co-evolutional information at a maximum error of 2.1 Å. We find that the prediction accuracy is higher than other models and the prediction consumes less than six orders of magnitude time than ab initio folding methods. We demonstrate that MNNN can predict the structure of an unknown protein that agrees with experiments, and our model hence shows a great advantage in the rational design of de novo proteins.
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