Dynamic Contact Map Prediction (ESMDynamic)

简介

Dynamic Contact Map Prediction (ESMDynamic) 是基于 Meta ESMFold 微调的蛋白质动态接触图预测模块。模块从氨基酸序列直接预测残基间的动态接触概率，为蛋白质柔性分析、接触网络分析和变构位点研究提供快速参考。

动态接触概率表示两个残基在 MD 轨迹中距离小于接触阈值的时间比例，取值范围为 [0, 1]，数值越高表示接触越频繁。

模块支持单条序列、批量序列和多链蛋白质输入，输出接触概率矩阵、热图、交互式可视化、二值化矩阵及接触聚类结果。

参数说明

Single Mode

Sequence

蛋白质氨基酸序列，必选参数。多链蛋白质使用 : 分隔各链序列。

单链示例：

MVLSEGEWQLVLHVWAKVEADVAGHGQDILIRLFKSHPETLEKFDRVKHLKTEAEMKASEDLKKHGVTVLTALGAILKKKGHHEAELKPLAQSHATKHKIPIKYLEFISEAIIHVLHSRHPGNFGADAQGAMNKALELFRKDIAAKYKELGYQG

多链示例：

MVLSEGEWQLVLHVWAKVEADVAGHGQDILIRLFKSHPETLEKFDRVKHLKTEAEMKASEDLKKH:DQVRRCLRANLLVLLTVVAV

Num Recycles

模型迭代轮数，默认值为 4。增加轮数可能提升预测精度，同时增加计算时间；减少轮数可加快预测。

Output TXT

接触矩阵的输出路径，TXT 格式，必选参数。默认文件名为 contact_map.txt。

Output PNG

接触矩阵热图的输出路径，PNG 格式，必选参数。默认文件名为 contact_map.png。

Output Binary TXT

二值化接触矩阵的输出路径，TXT 格式，矩阵元素为 0 或 1，必选参数。默认文件名为 contact_map_binary.txt。

Output Cluster CSV

接触残基对聚类结果的输出路径，CSV 格式，必选参数。默认文件名为 clustered_contacts.csv。

Output Cluster PNG

接触残基对聚类可视化图的输出路径，PNG 格式，必选参数。默认文件名为 clustered_contact_map.png。

Output Cluster CV PNG

集合变量（CV）可视化图的输出路径，PNG 格式，每个聚类以一个代表点标示，必选参数。默认文件名为 cluster_cv.png。

Batch Mode

Input File

蛋白质序列文件，必选参数。支持 TXT 格式，内容按 FASTA 格式组织，每条记录对应一个预测任务。多链蛋白质使用 : 分隔各链序列。

>protein_1
MVLSEGEWQLVLHVWAKVEADVAGHGQDILIRLFKSHPETLEKFDRVKHLKTEAEMKASEDLKKH
>protein_2
DQVRRCLRANLLVLLTVVAV
>Polymer
MVLSEGEWQLVLHVWAKVEADVAGHGQDILIRLFKSHPETLEKFDRVKHLKTEAEMKASEDLKKH:DQVRRCLRANLLVLLTVVAV

Num Recycles

模型迭代轮数，默认值为 4。增加轮数可能提升预测精度，同时增加计算时间；减少轮数可加快预测。

Output ZIP

批量结果压缩包的输出路径，ZIP 格式，必选参数。默认文件名为 batch_results.zip。

结果说明

Single Mode

输出结果包括：

其中，L 为输入蛋白质的残基数量。

contact_map.txt 中的元素 (i, j) 表示残基 i 与残基 j 的动态接触概率，示例如下：

0.000 0.123 0.456 ...
0.123 0.000 0.789 ...
0.456 0.789 0.000 ...

contact_map_bin.txt 将概率小于 0.5 的残基对标记为 0，概率大于 0.5 的残基对标记为 1，用于接触比例统计和接触网络分析。

contact_map_cluster.csv 保留接触概率大于 0.5、序列间距大于 40 的残基对，并进行基于三维坐标的层次聚类。包含信息如下：

cluster_id,residue1 id,residue2 id,contact probability
1,50,100,0.803
1,110,180,0.793
2,46,90,0.709
3,130,192,0.871

每个聚类中接触概率最高的残基对可作为集合变量（Collective Variables，CV）的候选。

Batch Mode

批量模式输出 contact_map.zip，包含每条输入序列对应的接触概率矩阵、热图、交互式图、二值化矩阵及聚类结果。

结果解读

• 接触概率接近 1：表示残基对频繁接触，可结合结构信息分析稳定接触区域。
• 接触概率为 0.3-0.7：可能与柔性或变构相关，需结合功能位点和结构信息分析。
• 接触概率接近 0：表示残基对很少接触。
• 二值化矩阵可用于统计接触比例，分析紧密接触簇及接触网络。

预测结果可作为 MD 模拟的快速参考，不等同于实验接触图，也不能替代完整 MD 模拟。建议输入序列不超过 1500 个氨基酸，超长序列可能导致显存不足。

同一蛋白质内可比较不同残基对的接触概率。不同蛋白质间可比较接触模式，但不建议直接比较原始概率的绝对值；跨蛋白质定量比较可参考二值化矩阵的接触比例等统计量。

参考文献

• 2025, ESMDynamic: Fast and Accurate Prediction of Protein Dynamic Contact Maps from Single Sequences, bioRxiv, DOI: 10.1101/2025.08.20.671365