# AF2 ## 论文 - [https://www.nature.com/articles/s41586-021-03819-2](https://www.nature.com/articles/s41586-021-03819-2) ## 模型结构 模型核心是一个基于Transformer架构的神经网络,包括两个主要组件:Sequence to Sequence Model和Structure Model,这两个组件通过迭代训练进行优化,以提高其预测准确性。 ![img](./docs/alphafold2.png) ## 算法原理 AlphaFold2通过从蛋白质序列和结构数据中提取信息,使用神经网络模型来预测蛋白质三维结构。 ![img](./docs/alphafold2_1.png) ## 环境配置 提供[光源](https://www.sourcefind.cn/#/service-details)拉取推理的docker镜像: ``` docker pull image.sourcefind.cn:5000/dcu/admin/base/custom:alphafold2-2.3.2-dtk-23.10-py38 # 用上面拉取docker镜像的ID替换 # 主机端路径 # 容器映射路径 docker run -it --name alphafold --shm-size=32G --device=/dev/kfd --device=/dev/dri/ --cap-add=SYS_PTRACE --security-opt seccomp=unconfined --ulimit memlock=-1:-1 --ipc=host --network host --group-add video -v : /bin/bash ``` 镜像版本依赖: * DTK驱动:dtk23.10 * Jax: 0.3.25 * TensorFlow2: 2.11.0 * python: python3.8 激活镜像环境: `source /opt/dtk-23.10/env.sh` ## 数据集 推荐使用AlphaFold2中的开源数据集,包括BFD、MGnify、PDB70、Uniclust、Uniref90等,数据集大小约2.62TB。数据集格式如下: ``` $DOWNLOAD_DIR/ bfd/ bfd_metaclust_clu_complete_id30_c90_final_seq.sorted_opt_hhm.ffindex bfd_metaclust_clu_complete_id30_c90_final_seq.sorted_opt_hhm.ffdata bfd_metaclust_clu_complete_id30_c90_final_seq.sorted_opt_cs219.ffindex ... mgnify/ mgy_clusters_2022_05.fa params/ params_model_1.npz params_model_2.npz params_model_3.npz ... pdb70/ pdb_filter.dat pdb70_hhm.ffindex pdb70_hhm.ffdata ... pdb_mmcif/ mmcif_files/ 100d.cif 101d.cif 101m.cif ... obsolete.dat pdb_seqres/ pdb_seqres.txt small_bfd/ bfd-first_non_consensus_sequences.fasta uniref30/ UniRef30_2021_03_hhm.ffindex UniRef30_2021_03_hhm.ffdata UniRef30_2021_03_cs219.ffindex ... uniprot/ uniprot.fasta uniref90/ uniref90.fasta ``` 此处提供了一个脚本download_all_data.sh用于下载使用的数据集和模型文件: ./scripts/download_all_data.sh 数据集下载目录 ## 推理 分别提供了基于Jax的单体和多体的推理脚本. ```bash git clone http://developer.hpccube.com/codes/modelzoo/alphafold2_jax.git # 选择需要的分支下载 cd alphafold2_jax ``` ### 单体 ```bash ./run_monomer.sh ``` 单体推理参数说明:download_dir为数据集下载目录,monomer.fasta为推理的单体序列;`--output_dir`为输出目录;`model_names`为推理的模型名称,`--model_preset=monomer`为单体模型配置;`--run_relax=true`为进行relax操作;`--use_gpu_relax=true`为使用gpu进行relax操作(速度更快,但可能不太稳定),`--use_gpu_relax=false`为使用CPU进行relax操作(速度慢,但稳定);若添加use_precomputed_msas=true则可以加载已经搜索对齐的序列,否则默认进行搜索对齐。 ### 多体 ```bash ./run_multimer.sh ``` 多体推理参数说明:multimer.fasta为推理的多体序列,`--model_preset=multimer`为多体模型配置;`--num_multimer_predictions_per_model`为每个模型预测数量,其他参数同单体推理参数说明一致。 ## result `--output_dir`目录结构如下: ``` / features.pkl ranked_{0,1,2,3,4}.pdb ranking_debug.json relaxed_model_{1,2,3,4,5}.pdb result_model_{1,2,3,4,5}.pkl timings.json unrelaxed_model_{1,2,3,4,5}.pdb msas/ bfd_uniclust_hits.a3m mgnify_hits.sto uniref90_hits.sto ... ``` 查看蛋白质3D结构:[https://www.pdbus.org/3d-view](https://www.pdbus.org/3d-view) ![img](./docs/result_pdb.png) ## 精度 测试数据:[casp14](https://www.predictioncenter.org/casp14/targetlist.cgi)、[uniprot](https://www.uniprot.org/), 使用的加速卡:1张 Z100L-32G 1、lddt 见/ranking_debug.json中的`plddts` 2、其它精度值计算:[https://zhanggroup.org/TM-score/](https://zhanggroup.org/TM-score/) 准确性数据: | 数据类型 | 序列类型 | 序列标签 | 序列长度 | GDT-TS | GDT-HA | LDDT | TM score | MaxSub | RMSD | | :------: | :------: | :------: | :------: |:------: |:------: | :------: | :------: | :------: |:------: | | fp32 | 单体 | T1026 | 172 | 0.849 | 0.658 | 75.050 | 0.901 | 0.851 | 1.6 | | fp32 | 单体 | T1053 | 580 | 0.941 | 0.789 | 92.316 | 0.985 | 0.935 | 1.1 | | fp32 | 单体 | T1091 | 863 | 0.492 | 0.332 | 85.083 | 0.740 | 0.388 | 6.7 | ## 应用场景 ### 算法类别 NLP ### 热点应用行业 医疗,科研,教育 ## 源码仓库及问题反馈 * [https://developer.hpccube.com/codes/modelzoo/alphafold2_jax](https://developer.hpccube.com/codes/modelzoo/alphafold2_jax) ## 参考 * [https://github.com/deepmind/alphafold](https://github.com/deepmind/alphafold)