AI-based protein structure prediction pipelines, such as AlphaFold2, have achieved near-experimental accuracy. These advanced pipelines mainly rely on Multiple Sequence Alignments (MSAs) and templates as inputs to learn the co-evolution information from the homologous sequences. Nonetheless, searching MSAs and templates from protein databases is time-consuming, usually taking dozens of minutes. Consequently, we attempt to explore the limits of fast protein structure prediction by using only primary sequences of proteins. HelixFold-Single is proposed to combine a large-scale protein language model with the superior geometric learning capability of AlphaFold2. Our proposed method, HelixFold-Single, first pre-trains a large-scale protein language model (PLM) with thousands of millions of primary sequences utilizing the self-supervised learning paradigm, which will be used as an alternative to MSAs and templates for learning the co-evolution information. Then, by combining the pre-trained PLM and the essential components of AlphaFold2, we obtain an end-to-end differentiable model to predict the 3D coordinates of atoms from only the primary sequence. HelixFold-Single is validated in datasets CASP14 and CAMEO, achieving competitive accuracy with the MSA-based methods on the targets with large homologous families. Furthermore, HelixFold-Single consumes much less time than the mainstream pipelines for protein structure prediction, demonstrating its potential in tasks requiring many predictions. The code of HelixFold-Single is available at https://github.com/PaddlePaddle/PaddleHelix/tree/dev/apps/protein_folding/helixfold-single, and we also provide stable web services on https://paddlehelix.baidu.com/app/drug/protein-single/forecast.


翻译:基于AI的蛋白质结构预测管道,如AlphaFold2, 已经近乎探索性的准确性。 这些高级管道主要依靠多序列对齐(MSAs)和模板,作为从同质序列中学习共进信息的投入。 尽管如此,从蛋白数据库中搜索协议和模板很费时,通常需要数十分钟时间。 因此, 我们试图探索快速蛋白结构预测的限度, 仅使用蛋白质主要序列。 HelixFoldSing建议将大型蛋白质语言模型与阿尔法Fold2的高级几何学习能力相结合。 我们的拟议方法, HelixFoldSingle(Hlix-Single), 第一次是使用自超的学习模式, 通常需要数十分钟。 因此, 我们试图探索快速蛋白质结构预测的局限性。 之前的PLDM/Fold2 基本组件, 我们只能通过最终的模型来预测 3Freadal IMLAIS(M) 的 Ralental- daldal-dal) 数据结构。

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