We introduce AbBiBench (Antibody Binding Benchmarking), a benchmarking framework for antibody binding affinity maturation and design. Unlike previous strategies that evaluate antibodies in isolation, typically by comparing them to natural sequences with metrics such as amino acid recovery rate or structural RMSD, AbBiBench instead treats the antibody-antigen (Ab-Ag) complex as the fundamental unit. It evaluates an antibody design's binding potential by measuring how well a protein model scores the full Ab-Ag complex. We first curate, standardize, and share more than 184,500 experimental measurements of antibody mutants across 14 antibodies and 9 antigens-including influenza, lysozyme, HER2, VEGF, integrin, Ang2, and SARS-CoV-2-covering both heavy-chain and light-chain mutations. Using these datasets, we systematically compare 15 protein models including masked language models, autoregressive language models, inverse folding models, diffusion-based generative models, and geometric graph models by comparing the correlation between model likelihood and experimental affinity values. Additionally, to demonstrate AbBiBench's generative utility, we apply it to antibody F045-092 in order to introduce binding to influenza H1N1. We sample new antibody variants with the top-performing models, rank them by the structural integrity and biophysical properties of the Ab-Ag complex, and assess them with in vitro ELISA binding assays. Our findings show that structure-conditioned inverse folding models outperform others in both affinity correlation and generation tasks. Overall, AbBiBench provides a unified, biologically grounded evaluation framework to facilitate the development of more effective, function-aware antibody design models.


翻译:我们提出了AbBiBench(抗体结合基准测试框架),这是一个用于抗体结合亲和力成熟与设计的基准测试框架。与以往通常通过氨基酸恢复率或结构RMSD等指标将抗体与天然序列进行孤立比较的策略不同,AbBiBench将抗体-抗原复合物视为基本评估单元。它通过衡量蛋白质模型对完整Ab-Ag复合物的评分优劣,来评估抗体设计的结合潜力。我们首先整理、标准化并共享了超过184,500个抗体突变体的实验测量数据,涵盖14种抗体和9种抗原(包括流感病毒、溶菌酶、HER2、VEGF、整合素、Ang2和SARS-CoV-2),同时包含重链和轻链突变。利用这些数据集,我们通过比较模型似然度与实验亲和力值之间的相关性,系统地评估了15种蛋白质模型,包括掩码语言模型、自回归语言模型、逆向折叠模型、基于扩散的生成模型和几何图模型。此外,为了展示AbBiBench的生成应用价值,我们将其应用于抗体F045-092,以引入其对流感H1N1的结合能力。我们使用表现最佳的模型采样新的抗体变体,根据Ab-Ag复合物的结构完整性和生物物理特性对其进行排序,并通过体外ELISA结合实验进行评估。我们的研究结果表明,结构条件化的逆向折叠模型在亲和力相关性和生成任务上均优于其他模型。总体而言,AbBiBench提供了一个统一的、基于生物学的评估框架,以促进开发更有效、功能感知的抗体设计模型。

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