GPU workstation for deep learning-based protein design and cryo-EM data processing

GPU 工作站,用于基于深度学习的蛋白质设计和冷冻电镜数据处理

基本信息

  • 批准号:
    10797767
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-06-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract We are requesting funds to purchase a GPU workstation that will be used for (1) deep learning in the context of protein design and (2) for solving protein structures using cryo-EM data. Currently there is a revolution going on protein modeling as deep learning methods have shown impressive success in both protein structure prediction and protein design. We are leveraging these new approaches in several ways that require access to GPU processers. First, we have developed a new protein design pipeline that iterates between protein structure prediction with AlphaFold and sequence optimization with a graph neural network to evolve sequences for a specific function. Initial experimental validation of the pipeline is very encouraging, and we are now eager to test it on a variety of protein design problems including the design of competitive inhibitors, protein switches and biosensors. The pipeline requires large blocks of GPU time (several days with multiple processors) to identify promising designs for experimental validation. Second, we are training new neural networks for improved performance in protein design. Access to GPUs is required for rapidly testing alternative network architectures and hyperparameters. The last step of many protein design projects is validation of the design model with a high-resolution structure. Some of our projects involve systems large enough to be studied with cryo-EM and we are now in need of computational resources to structures from cryo-EM data. Almost all modern cryo EM packages rely on GPUs for processing data.
抽象的 我们正在申请资金购买 GPU 工作站,该工作站将用于 (1) 深度学习 在蛋白质设计的背景下以及 (2) 使用冷冻电镜数据求解蛋白质结构。 正如深度学习方法所表明的那样,目前蛋白质建模正在发生一场革命 在蛋白质结构预测和蛋白质设计方面取得了令人瞩目的成功。我们正在利用 这些新方法以多种方式需要访问 GPU 处理器。首先,我们有 开发了一种新的蛋白质设计流程,可在蛋白质结构预测与 AlphaFold 和序列优化,使用图神经网络来进化序列 具体功能。该管道的初步实验验证非常令人鼓舞,我们正在 现在渴望在各种蛋白质设计问题上测试它,包括竞争性的设计 抑制剂、蛋白质开关和生物传感器。管道需要大量 GPU 时间 (使用多个处理器需要几天)来确定有希望的设计以进行实验验证。 其次,我们正在训练新的神经网络以提高蛋白质设计的性能。 需要访问 GPU 才能快速测试替代网络架构和 超参数。许多蛋白质设计项目的最后一步是验证设计模型 具有高分辨率的结构。我们的一些项目涉及足够大的系统 通过冷冻电镜进行研究,我们现在需要计算资源来构建以下结构: 冷冻电镜数据。几乎所有现代冷冻电镜软件包都依赖 GPU 来处理数据。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Advances in modular control of CAR-T therapy with adapter-mediated CARs.
An optogenetic switch for the Set2 methyltransferase provides evidence for transcription-dependent and -independent dynamics of H3K36 methylation.
  • DOI:
    10.1101/gr.264283.120
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Lerner AM;Hepperla AJ;Keele GR;Meriesh HA;Yumerefendi H;Restrepo D;Zimmerman S;Bear JE;Kuhlman B;Davis IJ;Strahl BD
  • 通讯作者:
    Strahl BD
Transfer learning to leverage larger datasets for improved prediction of protein stability changes.
迁移学习利用更大的数据集来改进对蛋白质稳定性变化的预测。
  • DOI:
    10.1101/2023.07.27.550881
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dieckhaus,Henry;Brocidiacono,Michael;Randolph,Nicholas;Kuhlman,Brian
  • 通讯作者:
    Kuhlman,Brian
Computer-based Engineering of Thermostabilized Antibody Fragments.
  • DOI:
    10.1002/aic.16864
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jiwon Lee;Bryan S. Der;C. Karamitros;Wenzong Li;Nicholas M. Marshall;Oana I. Lungu;Aleksandr E. Miklos;Jianqing Xu;T. Kang;Chang-Han Lee;Bing Tan;R. Hughes;S. Jung;G. Ippolito;Jeffrey J. Gray;Yan Zhang;B. Kuhlman;G. Georgiou;A. Ellington
  • 通讯作者:
    Jiwon Lee;Bryan S. Der;C. Karamitros;Wenzong Li;Nicholas M. Marshall;Oana I. Lungu;Aleksandr E. Miklos;Jianqing Xu;T. Kang;Chang-Han Lee;Bing Tan;R. Hughes;S. Jung;G. Ippolito;Jeffrey J. Gray;Yan Zhang;B. Kuhlman;G. Georgiou;A. Ellington
From Protein Design to the Energy Landscape of a Cold Unfolding Protein.
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcb.1c10750
  • 发表时间:
    2022-02-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Pulavarti, Surya V. S. R. K.;Maguire, Jack B.;Yuen, Shirley;Harrison, Joseph S.;Griffin, Jermel;Premkumar, Lakshmanane;Esposito, Edward A.;Makhatadze, George, I;Garcia, Angel E.;Weiss, Thomas M.;Snell, Edward H.;Kuhlman, Brian;Szyperski, Thomas
  • 通讯作者:
    Szyperski, Thomas
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知道了