LucaVirus是什么

LucaVirus 是阿里巴巴云 LucaGroup 研發(fā)的專為病毒設(shè)計(jì)的統(tǒng)一核酸 – 蛋白質(zhì)語言模型。在 254 億個(gè)核苷酸和氨基酸標(biāo)記上訓(xùn)練，涵蓋幾乎所有已知病毒。模型可學(xué)習(xí)核苷酸和氨基酸序列間的關(guān)系等生物學(xué)上有意義的表示，基于此開發(fā)的下游模型能應(yīng)對病毒學(xué)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如識(shí)別基因組“暗物質(zhì)”中的病毒、表征未知蛋白質(zhì)酶活性、預(yù)測病毒進(jìn)化能力、發(fā)現(xiàn)針對新病毒的抗體藥物等，在相關(guān)任務(wù)上表現(xiàn)出色。其蛋白質(zhì)嵌入能高分辨率區(qū)分蛋白質(zhì)家族，嵌入距離與遺傳距離相關(guān)性強(qiáng)，進(jìn)化信息豐富，在抗體 – 抗原結(jié)合預(yù)測上性能優(yōu)異，準(zhǔn)確率等指標(biāo)超過現(xiàn)有模型和基于結(jié)構(gòu)的預(yù)測方法。

LucaVirus的主要功能

• 病毒發(fā)現(xiàn)：能識(shí)別隱藏在基因組“暗物質(zhì)”中的病毒，幫助科學(xué)家在復(fù)雜的基因組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的病毒序列，拓展對病毒種類的認(rèn)知。
• 功能預(yù)測：可以表征未知蛋白質(zhì)的酶活性，通過分析蛋白質(zhì)序列預(yù)測其可能具有的生物化學(xué)功能，為理解病毒的致病機(jī)制和開發(fā)抗病毒藥物提供線索。
• 進(jìn)化分析：預(yù)測病毒的進(jìn)化能力，通過對病毒序列的進(jìn)化信息進(jìn)行建模，幫助研究人員了解病毒的變異趨勢和進(jìn)化路徑，這對于公共衛(wèi)生領(lǐng)域的病毒監(jiān)測和防控至關(guān)重要。
• 藥物發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)針對新出現(xiàn)病毒的抗體藥物，利用模型預(yù)測病毒抗原與抗體的結(jié)合潛力，加速抗體藥物的研發(fā)進(jìn)程，提高應(yīng)對新發(fā)傳染病的能力。

LucaVirus的技術(shù)原理

• 多模態(tài)數(shù)據(jù)融合：結(jié)合核苷酸和氨基酸序列數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一的核酸-蛋白質(zhì)語言模型，學(xué)習(xí)兩者之間的復(fù)雜關(guān)系。
• 大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練：在254億個(gè)核苷酸和氨基酸標(biāo)記上進(jìn)行訓(xùn)練，涵蓋幾乎所有已知病毒，確保模型具有廣泛的泛化能力和對病毒多樣性的理解。
• 進(jìn)化信息建模：通過嵌入學(xué)習(xí)，將病毒序列的進(jìn)化信息融入模型，使模型能夠捕捉病毒的進(jìn)化分歧和同源性，為進(jìn)化分析提供支持。
• 可解釋性嵌入：生成的嵌入能夠以高分辨率區(qū)分蛋白質(zhì)家族，并與遺傳距離相關(guān)聯(lián)，為病毒學(xué)研究提供可解釋的生物學(xué)表示。
• 下游任務(wù)適配：開發(fā)專門的下游模型，針對病毒發(fā)現(xiàn)、功能預(yù)測、進(jìn)化分析和藥物發(fā)現(xiàn)等任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，提升模型在實(shí)際應(yīng)用中的性能。

LucaVirus的項(xiàng)目地址

• Github倉庫：https://github.com/LucaOne/LucaVirus

• HuggingFace模型庫：https://huggingface.co/collections/LucaGroup/lucavirus-689d9382d0cc09780f380958

LucaVirus的應(yīng)用場景

• 公共衛(wèi)生監(jiān)測：通過快速識(shí)別新出現(xiàn)的病毒和監(jiān)測病毒的進(jìn)化趨勢，為公共衛(wèi)生部門提供早期預(yù)警，幫助制定有效的防控策略，減少病毒傳播和疫情爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。
• 疾病診斷：輔助醫(yī)療人員更準(zhǔn)確地診斷病毒感染性疾病，尤其是對于一些癥狀相似但由不同病毒引起的疾病，提高診斷的準(zhǔn)確性和效率。
• 疫苗研發(fā)：為疫苗開發(fā)提供關(guān)鍵信息，如預(yù)測病毒的抗原性變化，幫助設(shè)計(jì)更有效的疫苗，提高疫苗對病毒變異的適應(yīng)性，增強(qiáng)疫苗的保護(hù)效果。
• 藥物開發(fā)：加速抗病毒藥物的研發(fā)過程，通過預(yù)測病毒蛋白的功能和藥物靶點(diǎn)，為新藥設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，降低研發(fā)成本和時(shí)間。
• 生物安全防御：在生物安全領(lǐng)域，用于檢測和識(shí)別潛在的生物威脅，如新型病毒的出現(xiàn)，為國家和地區(qū)的生物安全提供技術(shù)支持，保障公眾健康和社會(huì)穩(wěn)定。

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