马普所:生命蛋白质宇宙聚类

摘要

将生命之树中的数十亿蛋白质进行关联分析,仍是比较生物圈基因组学与人工智能驱动结构预测领域的核心难题。本文提出1种级联式超快速聚类方法DIAMOND DeepClust,可实现行星尺度的蛋白质空间组织,支持万亿级序列分析,同时在低序列一致性条件下保持聚类灵敏度。本研究将190亿条生物圈蛋白质序列聚为5.44亿个非单例簇,实验证明该DeepClust数据库可提升AlphaFold2的蛋白质结构预测效果。

hdrost001@dundee.ac.uk

#DIAMOND #DeepClust #蛋白质宇宙 #蛋白质序列聚类 #级联聚类 #地球生物基因组计划 #蛋白质结构预测

基准测试

图 1 DIAMOND DeepClust、MMseqs2 与FLSHclust聚类性能基准测试

展示NCBI NR数据库(约5.46亿条蛋白质序列)的深度聚类计算基准,采用双向覆盖准则(无特殊说明时),不设置序列一致性阈值。

a) 64核服务器上,NR数据库及递增规模子样本的聚类耗时(单位:天)。

b) 与a) 一致,仅展示耗时小于1天的工具,单位:小时。

c) 基于Pfam结构域架构,压缩NCBI NR数据库时,1.5亿条注释输入序列的灵敏度与精度分布。

d) 将同一Pfam族系中不同家族视为等效时的聚类灵敏度。

e) 各工具生成的簇数量(箱线内横线为中位数;箱边为第25、75百分位数;须线为4分位距1.5倍内的极值)。

实验研究

图 2 DIAMOND DeepClust聚类的蛋白质宇宙与现有数据库的关联特征

展示190亿条序列数据集中,簇规模≥3的代表序列在不同查询覆盖度阈值下,可基于现有数据库完成注释的比例(样本量:100万条代表序列)。

数据

190亿条蛋白质序列的聚类结果

https://objectstore.hpccloud.mpcdf.mpg.de/deepclust/index.html

代码

DIAMOND DeepClust地址

https://github.com/bbuchfink/diamond

基准测试、数据分析与绘图

https://github.com/drostlab/deepclust-data

适配ColabFold使用本实验数据库

https://github.com/drostlab/deepclust_colabfold

从Parquet文件提取序列

https://github.com/drostlab/deepclust_dataretrieval

详细总结

思维导图

性能基准测试(NCBI NR库,5.46亿序列)

参考

Nat Methods. 2026 Mar 24. doi: 10.1038/s41592-026-03030-z.

Clustering the protein universe of life using DIAMOND DeepClust

260324DeepClust.pdf

注:AI辅助创作,如有错误欢迎指出。内容仅供参考,不构成任何建议。

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