LucaVirus – 阿里开源的病毒基础大模型

LucaVirus是什么

LucaVirus 是阿里巴巴云 LucaGroup 研发的专为病毒设计的统一核酸 – 蛋白质语言模型。在 254 亿个核苷酸和氨基酸标记上训练，涵盖几乎所有已知病毒。模型可学习核苷酸和氨基酸序列间的关系等生物学上有意义的表示，基于此开发的下游模型能应对病毒学关键挑战，如识别基因组“暗物质”中的病毒、表征未知蛋白质酶活性、预测病毒进化能力、发现针对新病毒的抗体药物等，在相关任务上表现出色。其蛋白质嵌入能高分辨率区分蛋白质家族，嵌入距离与遗传距离相关性强，进化信息丰富，在抗体 – 抗原结合预测上性能优异，准确率等指标超过现有模型和基于结构的预测方法。

LucaVirus的主要功能

• 病毒发现：能识别隐藏在基因组“暗物质”中的病毒，帮助科学家在复杂的基因组数据中发现新的病毒序列，拓展对病毒种类的认知。
• 功能预测：可以表征未知蛋白质的酶活性，通过分析蛋白质序列预测其可能具有的生物化学功能，为理解病毒的致病机制和开发抗病毒药物提供线索。
• 进化分析：预测病毒的进化能力，通过对病毒序列的进化信息进行建模，帮助研究人员了解病毒的变异趋势和进化路径，这对于公共卫生领域的病毒监测和防控至关重要。
• 药物发现：发现针对新出现病毒的抗体药物，利用模型预测病毒抗原与抗体的结合潜力，加速抗体药物的研发进程，提高应对新发传染病的能力。

LucaVirus的技术原理

• 多模态数据融合：结合核苷酸和氨基酸序列数据，构建统一的核酸-蛋白质语言模型，学习两者之间的复杂关系。
• 大规模数据训练：在254亿个核苷酸和氨基酸标记上进行训练，涵盖几乎所有已知病毒，确保模型具有广泛的泛化能力和对病毒多样性的理解。
• 进化信息建模：通过嵌入学习，将病毒序列的进化信息融入模型，使模型能够捕捉病毒的进化分歧和同源性，为进化分析提供支持。
• 可解释性嵌入：生成的嵌入能够以高分辨率区分蛋白质家族，并与遗传距离相关联，为病毒学研究提供可解释的生物学表示。
• 下游任务适配：开发专门的下游模型，针对病毒发现、功能预测、进化分析和药物发现等任务进行优化，提升模型在实际应用中的性能。

LucaVirus的项目地址

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

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

LucaVirus的应用场景

• 公共卫生监测：通过快速识别新出现的病毒和监测病毒的进化趋势，为公共卫生部门提供早期预警，帮助制定有效的防控策略，减少病毒传播和疫情爆发的风险。
• 疾病诊断：辅助医疗人员更准确地诊断病毒感染性疾病，尤其是对于一些症状相似但由不同病毒引起的疾病，提高诊断的准确性和效率。
• 疫苗研发：为疫苗开发提供关键信息，如预测病毒的抗原性变化，帮助设计更有效的疫苗，提高疫苗对病毒变异的适应性，增强疫苗的保护效果。
• 药物开发：加速抗病毒药物的研发过程，通过预测病毒蛋白的功能和药物靶点，为新药设计提供理论依据，降低研发成本和时间。
• 生物安全防御：在生物安全领域，用于检测和识别潜在的生物威胁，如新型病毒的出现，为国家和地区的生物安全提供技术支持，保障公众健康和社会稳定。

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