Biological structure and function emerge from scaling unsupervised learning to 250 million protein sequences

人工智能 无监督学习 机器学习 计算机科学 生成模型 蛋白质二级结构 生成语法 生物 生物化学
作者
Alexander Rives,Joshua Meier,Tom Sercu,Siddharth Goyal,Zeming Lin,Jason Liu,Demi Guo,Myle Ott,C. Lawrence Zitnick,Jerry Ma,Rob Fergus
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:118 (15) 被引量:1940
标识
DOI:10.1073/pnas.2016239118
摘要

Significance Learning biological properties from sequence data is a logical step toward generative and predictive artificial intelligence for biology. Here, we propose scaling a deep contextual language model with unsupervised learning to sequences spanning evolutionary diversity. We find that without prior knowledge, information emerges in the learned representations on fundamental properties of proteins such as secondary structure, contacts, and biological activity. We show the learned representations are useful across benchmarks for remote homology detection, prediction of secondary structure, long-range residue–residue contacts, and mutational effect. Unsupervised representation learning enables state-of-the-art supervised prediction of mutational effect and secondary structure and improves state-of-the-art features for long-range contact prediction.
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