Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold
John Jumper et al. · 2021
아미노산 서열만 보고 단백질의 3차원 구조를 원자 수준까지 맞히는 인공지능 알파폴드(AlphaFold)를 소개한 논문입니다. 50년 넘게 풀리지 않던 단백질 구조 예측 문제에서 실험으로 구한 구조에 견줄 만한 정확도를 보였습니다. 이 연구를 이끈 데미스 허사비스와 존 점퍼는 2024년 노벨 화학상을 받았습니다.
출처 Jumper et al. (2021), Nature, 596, 583–589 · 라이선스 CC BY 4.0 · 원문
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6장 · Training with labelled and unlabelled data
The AlphaFold architecture is able to train to high accuracy using only supervised learning on PDB data, but we are able to enhance accuracy (Fig. 4a) using an approach similar to noisy student self-distillation. In this procedure, we use a trained network to predict the structure of around 350,000 diverse sequences from Uniclust30 and make a new dataset of predicted structures filtered to a high-confidence subset. We then train the same architecture again from scratch using a mixture of PDB data and this new dataset of predicted structures as the training data, in which the various training data augmentations such as cropping and MSA subsampling make it challenging for the network to recapitulate the previously predicted structures. This self-distillation procedure makes effective use of the unlabelled sequence data and considerably improves the accuracy of the resulting network.
Additionally, we randomly mask out or mutate individual residues within the MSA and have a Bidirectional Encoder Representations from Transformers (BERT)-style objective to predict the masked elements of the MSA sequences. This objective encourages the network to learn to interpret phylogenetic and covariation relationships without hardcoding a particular correlation statistic into the features. The BERT objective is trained jointly with the normal PDB structure loss on the same training examples and is not pre-trained, in contrast to recent independent work.
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