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arXiv 2506.08023q-bio.BMcs.AIcs.CEcs.CVcs.LG

对齐蛋白质与语言:用于蛋白质检索的基础模型

Aligning Proteins and Language: A Foundation Model for Protein Retrieval

Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学);Purdue University(普渡大学)

Qifeng Wu, Zhengzhe Liu, Han Zhu, Yizhou Zhao, Daisuke Kihara, Min Xu

AI总结:

本文提出 CLIP 风格的蛋白质-语言对比学习框架,利用约20万蛋白质-描述对训练,实现PDB域内与EMDB跨数据库的零样本蛋白质结构与语义检索。

摘要:

本文旨在从大规模蛋白质数据集中检索具有相似结构和语义的蛋白质,以促进对通过冷冻电子显微镜(cryo-EM)等结构测定方法获得的蛋白质结构进行功能解释。受视觉-语言模型(VLMs)最新进展的启发,我们提出了一种 CLIP 风格的框架,通过对比学习将三维蛋白质结构与功能注释对齐。在模型训练方面,我们构建了一个包含约200,000个蛋白质-描述对、具有丰富功能描述符的大规模数据集。我们分别在 Protein Data Bank(PDB)和 Electron Microscopy Data Bank(EMDB)数据集上评估了模型的域内检索以及更具挑战性的跨数据库检索性能。在两种情况下,我们的方法均展现出良好的零样本检索性能,凸显了多模态基础模型在蛋白质生物学中结构-功能理解方面的潜力。

英文摘要:

This paper aims to retrieve proteins with similar structures and semantics from large-scale protein dataset, facilitating the functional interpretation of protein structures derived by structural determination methods like cryo-Electron Microscopy (cryo-EM). Motivated by the recent progress of vision-language models (VLMs), we propose a CLIP-style framework for aligning 3D protein structures with functional annotations using contrastive learning. For model training, we propose a large-scale dataset of approximately 200,000 protein-caption pairs with rich functional descriptors. We evaluate our model in both in-domain and more challenging cross-database retrieval on Protein Data Bank (PDB) and Electron Microscopy Data Bank (EMDB) dataset, respectively. In both cases, our approach demonstrates promising zero-shot retrieval performance, highlighting the potential of multimodal foundation models for structure-function understanding in protein biology.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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