热稳定性蛋白质设计 (HyperMPNN)

HyperMPNN 是一款专为提升蛋白质热稳定性而设计的深度学习逆折叠模型。它以 ProteinMPNN 为基础,在大量来自嗜热微生物(最适生长温度可达 105°C)的预测蛋白质结构上进行重新训练,学习了自然界经过亿万年进化筛选出的耐热策略。

与通用模型不同,HyperMPNN 能够准确复现嗜热蛋白特有的氨基酸组成偏好——表面富含带电残基、核心富含疏水残基,并将这一设计原则成功迁移至非嗜热来源的蛋白质上。实验验证表明,经 HyperMPNN 设计的 I53-50 蛋白纳米颗粒,其熔解温度从 65°C 提升至 95°C 以上,稳定性提升超过 30°C。

本在线工具提供便捷的蛋白质热稳定性设计服务,适用于酶工程、疫苗递送载体开发、生物制剂保存等对高温耐受性有较高要求的应用场景。用户只需上传目标蛋白质的骨架结构,即可获得经热稳定性优化的候选序列,助力您的研发工作。

上传 PDB 或 mmCIF 格式的蛋白质结构文件,系统将自动解析链信息。选择需要设计的链并设置参数后,模型将生成多条优化的氨基酸序列,并给出每条序列的评分(score = -log_prob,越低越好)与序列恢复率。

1. 上传蛋白质结构文件 (PDB / mmCIF):


3. 设计参数设置:

模型:
生成序列数: 每个目标生成 1-10 条
采样温度:
输入单个温度值,值越高生成序列的多样性越高
骨架噪声: 向骨架坐标添加高斯噪声 (A),提高生成多样性
随机种子: 填 0 表示每次随机;填非 0 整数表示固定随机种子
排除氨基酸:
勾选的氨基酸不会出现在生成序列中

4. 约束与偏置 (JSONL,可选):

以下 JSONL 提供比上方 UI 控件更精细的控制。若填写,将覆盖上方对应的链选择 / 排除 AA 设置。位置编号是1-based,与PDB文件的残基编号无关。

链设计指定 — 覆盖上方链选择 (chain_id_jsonl):

按链排除 AA — 覆盖上方排除列表 (omit_AA_jsonl):

固定位置 (fixed_positions_jsonl):

AA 组成偏置 (bias_AA_jsonl):

按残基位置偏置 (bias_by_res_jsonl):

对称/捆绑位置 (tied_positions_jsonl):




参考文献

  • Ertelt M, Schlegel P, Beining M, Kaysser L, Meiler J, Schoeder CT. HyperMPNN-A general strategy to design thermostable proteins learned from hyperthermophiles. bioRxiv [Preprint]. 2024 Dec 1:2024.11.26.625397. doi: 10.1101/2024.11.26.625397. PMID: 39651244; PMCID: PMC11623624.