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MTC 智能计算中心MTC Computing Center AI × 蛋白质与酶工程AI for Protein & Enzyme Engineering
Integration-site expression prediction

同一个表达盒插在不同位点,哪里强哪里弱

给几个候选坐标,或让它全基因组扫描,输出按表达强度排序的位点表;可选地叠加「货物蛋白本身好不好表达」。 两种用法精度不同,别混用——下面「使用说明」第二条讲清了怎么选。

宿主:E. coli K-12 MG1655(NC_000913.3) · 位置标签:Scholz 2019 全基因组 98,034 个插入位点 · 货物标签:Boël 2016 的 6,348 个异源基因

用法 A · 实测优先
0.92–0.96
位点落在 Scholz 已测箱时直接报实测值。这是最准的一档,等于测量本身的可靠性上限(重复间 0.9225,平均后 0.9597)。
用法 B · 纯模型外推
0.854
未测位点、低支持度箱、或迁到别的基因组时的预期精度(blocked-CV,10 个连续基因组区段)。
货物层 · 可选叠加
0.31–0.44
「这个蛋白本身好不好表达」。四档可选,最高档 AUC=0.740,已超过原文自己的模型(≈0.70)。

全部数字为实测交叉验证成绩,页面从计算引擎读取,不是写死的标称值。

先选场景,选项自动配好 不确定怎么搭配就从这里开始;选完仍可逐项微调

1输入方式

范围 1–4,641,652。坐标会被归到所选分辨率的箱中心。

2位置模型

高级:信任实测值的门槛

只有同时满足这两个条件,才用实测值代替模型预测。放宽会覆盖更多位点,但引入噪声更大的标签。

3货物(蛋白)模型可选
4可行性过滤能不能真的在这儿插

tsEPOD 是 Bryant 2014 报告会导致完全沉默的区域 —— 这是位置效应里最剧烈的一类,优先避开。

使用说明 按需要展开;第一条建议所有人都看

这个工具回答什么、不回答什么

回答:同一个表达盒插在 MG1655 不同位点时,转录强度的相对高低。这是「位置效应」。

不回答:绝对蛋白产量。也不要把「位置倍数 × 货物倍数」相乘当成绝对表达量 —— 文献证据反对这种乘法分解。

训练标签是荧光报告子(TetO1→mNeonGreen)的转录倾向性。通路酶、膜蛋白等货物的位点排名可能与报告子不同,务必先小规模验证。

用法 A 与 B 的区别(最重要)

Scholz 2019 已经把 MG1655 全基因组逐位点测过(98,034 个插入位点 / 14 万条形码)。所以:

  • 用法 A「实测优先」:位点落在已测且支持度够的箱里,就直接报实测值。没有任何模型能超过测量本身,精度 0.92–0.96。在 MG1655 里选位点请用这个。
  • 用法 B「纯模型外推」:忽略实测值,全部用特征模型。两种情况下用:① 迁到别的菌株/基因组;② 做方法学对照,想知道「假装没测过」能做到多好(0.854)。

结果表的 source 列会逐行标出这一行是「实测」还是「模型」,不会混在一起。

分辨率怎么选

四档都实测过,4 kb 在 ρ、R² 与达成率上同时最优,所以是默认值。

反直觉的一点:16 kb 每箱条形码最多、标签噪声最小、标签上限最高(0.9808),但达成率最低(65%)—— 因为粗化分箱把位置效应本身也平均掉了。信号就住在 ≤4 kb 的尺度上。

换分辨率的另一个用途是稳健性检查:某位点在四档里排名都靠前,这个结论就比较可靠。

这个工具的排名到底准不准(最该先看的一节)

ρ 和 R² 是统计指标,不直接回答你关心的问题。你真正要的是「给几个位点,排出强弱」,所以该看的是成对排序正确率:随机取两个位点,工具判谁更强,判对的比例。按真实差异大小分层给出——

读法:要分辨「差 2 倍以上」这种对选位点真正有意义的强弱,正确率接近满分;剩余误差几乎全部集中在 1.3 倍以内的细微差别上,而那种差别对选位点不构成影响。文献里报道的位点间差异是 20–300 倍,正好落在工具最可靠的区间。

A 层 = 位点落在已测且条形码充足的箱里(占基因组 56.4%),工具直接报实测值;B 层 = 支持不足或无数据(43.6%),只能用模型外推。两层在结果表的「来源」列里标明。

货物四档怎么选(精度 vs 耗时)

这一轴就是「是否调用蛋白质模型信息」。四档递进,精度与耗时同时上升:

建议:日常用第 3 档(序数),精度已接近最高而热启动后不到 1 秒;只在最终定稿、要写进方案时用第 4 档。第 1 档用于完全不想依赖蛋白模型的场合。

第 4 档的 NetSolP 增量已查实污染并量化:Boël 的 6348 个蛋白里 590 个(9.3%)与 NetSolP 训练集同 ID,所以页面显示的是剔除后「干净 5758」口径的数字。

可行性过滤怎么用
  • tsEPOD:转录静默域。Bryant 2014 的 14 个位点里有 4 个落在其中并被报告为完全沉默 —— 几乎总该排除。
  • 必需基因:插进去可能致死或严重影响生长。排除「基因内及 2 kb 内」比只排除基因内更保险。
  • 中性度:来自 KiLocus 库里最近的已知插入位点,是文献判该位点为「中性」的程度(0–1)。它是可行性旁证,不是表达强度。
  • 支持度:该箱有多少条形码。支持度低的箱标签噪声大,想要稳的结论就把它提高。
结果每一列是什么意思
列含义
best_log10最佳可得估计(实测优先时就是实测值),log10 转录倾向性,与训练标签同量纲
source这一行来自「实测」还是「模型」
rep_gap两个生物学重复的差。越小越可信;只有实测行才有
fold_vs_median相对全基因组中位位点的倍数
percentile在全基因组候选里的分位(0–100)
support_barcodes该箱的条形码数;support_dist_bp 是到最近已测箱的距离
known_neutral_scoreKiLocus 最近已知位点的中性度(可行性旁证)
期望校准:动态范围只有 2.5–5 倍,不是文献里的 300 倍

全基因组可信箱的实测跨度:95%/5% 分位约 2.5 倍,最强/最弱约 5 倍。文献里的 300 倍(Bryant 2014)是 lac-GFP 荧光,含启动子、翻译效率,以及落进 tsEPOD 被彻底沉默的极端情形 —— 和这里的转录倾向性不是同一个量。

实测对照:Bryant 报告「完全沉默」的 4 个位点,在 Scholz 的读出里只比中位低 1.3–2 倍。这个读出压缩了动态范围。

所以:排序可信,倍数别当蛋白产量预测用。顶档与底档的真实蛋白差异可能比这里报的倍数更大。

推荐的实验设计
  1. 先用「全基因组扫描」+ 排除必需基因与 tsEPOD,拿到可行的强位点池。
  2. 从高档取 3–4 个。
  3. 带 1 个低档做对照 —— 没有对照,你无法判断位置效应在你这个货物上到底有多大。
  4. 如果货物是通路酶或膜蛋白,先做这 4–5 个的小规模验证,再决定是否铺开。
数据与方法出处
  • 位置标签:Scholz SA et al. Cell Syst 2019;8:212,Table S7,98,034 个插入位点
  • 货物标签:Boël G et al. Nature 2016;529:358,6,348 个异源基因,同一 T7 载体
  • 外部检验:Bryant JA et al. NAR 2014;42:11383(柱状图数字化读数,分档级检验)
  • 特征轨道:IPOD-HR(GSE142291)、EPOD(Vora 2009)、PRECISE-1K、RegulonDB v12
  • 可行性:KiLocus 本库 715 个 MG1655 位点的中性度与必需性判定
  • 同类工具:kilocus.mtc-lab.cn 上的同一工具(共用同一计算引擎)