CLMT: graph contrastive learning model for microbe-drug associations prediction with transformer

计算机科学 变压器 机器学习 药物靶点 人工智能 图形 理论计算机科学 生物 电压 量子力学 药理学 物理
作者
Xiaolu Li,Junlong Wu,Fan Liu,Lei Wang,Xianyou Zhu
出处
期刊:Frontiers in Genetics [Frontiers Media SA]
卷期号:16
标识
DOI:10.3389/fgene.2025.1535279
摘要

Accurate prediction of microbe-drug associations is essential for drug development and disease diagnosis. However, existing methods often struggle to capture complex nonlinear relationships, effectively model long-range dependencies, and distinguish subtle similarities between microbes and drugs. To address these challenges, this paper introduces a new model for microbe-drug association prediction, CLMT. The proposed model differs from previous approaches in three key ways. Firstly, unlike conventional GCN-based models, CLMT leverages a Graph Transformer network with an attention mechanism to model high-order dependencies in the microbe-drug interaction graph, enhancing its ability to capture long-range associations. Then, we introduce graph contrastive learning, generating multiple augmented views through node perturbation and edge dropout. By optimizing a contrastive loss, CLMT distinguishes subtle structural variations, making the learned embeddings more robust and generalizable. By integrating multi-view contrastive learning and Transformer-based encoding, CLMT effectively mitigates data sparsity issues, significantly outperforming existing methods. Experimental results on three publicly available datasets demonstrate that CLMT achieves state-of-the-art performance, particularly in handling sparse data and nonlinear microbe-drug interactions, confirming its effectiveness for real-world biomedical applications. On the MDAD, aBiofilm, and Drug Virus datasets, CLMT outperforms the previously best model in terms of Accuracy by 4.3%, 3.5%, and 2.8%, respectively.
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