MPerformer: An SE(3) Transformer-based Molecular Perceptron

计算机科学 稳健性(进化) 概化理论 杠杆(统计) 人工智能 生物系统 机器学习 化学 数学 基因 生物 生物化学 统计
作者
Fanmeng Wang,Hongteng Xu,Xi Chen,Sean Daniel M. Lu,Yuqing Deng,Wenbing Huang
标识
DOI:10.1145/3583780.3614974
摘要

Molecular perception aims to construct 3D molecules from 3D atom clouds (i.e., atom types and corresponding 3D coordinates), determining bond connections, bond orders, and other molecular attributes within molecules. It is essential for realizing many applications in cheminformatics and bioinformatics, such as modeling quantum chemistry-derived molecular structures in protein-ligand complexes. Additionally, many molecular generation methods can only generate molecular 3D atom clouds, requiring molecular perception as a necessary post-processing. However, existing molecular perception methods mainly rely on predefined chemical rules and fail to leverage 3D geometric information, whose performance is sub-optimal fully. In this study, we propose MPerformer, an SE(3) Transformer-based molecular perceptron exhibiting SE(3)-invariance, to construct 3D molecules from 3D atom clouds efficiently. Besides, we propose a multi-task pretraining-and-finetuning paradigm to learn this model. In the pretraining phase, we jointly minimize an attribute prediction loss and an atom cloud reconstruction loss, mitigating the data imbalance issue of molecular attributes and enhancing the robustness and generalizability of the model. Experiments show that MPerformer significantly outperforms state-of-the-art molecular perception methods in precision and robustness, benefiting various molecular generation scenarios.

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