ODesign: Ein Weltmodell für das Design biomolekularer Wechselwirkungen

ODesign: A World Model for Biomolecular Interaction Design

October 25, 2025

papers.authors: Odin Zhang, Xujun Zhang, Haitao Lin, Cheng Tan, Qinghan Wang, Yuanle Mo, Qiantai Feng, Gang Du, Yuntao Yu, Zichang Jin, Ziyi You, Peicong Lin, Yijie Zhang, Yuyang Tao, Shicheng Chen, Jack Xiaoyu Chen, Chenqing Hua, Weibo Zhao, Runze Ma, Yunpeng Xia, Kejun Ying, Jun Li, Yundian Zeng, Lijun Lang, Peichen Pan, Hanqun Cao, Zihao Song, Bo Qiang, Jiaqi Wang, Pengfei Ji, Lei Bai, Jian Zhang, Chang-yu Hsieh, Pheng Ann Heng, Siqi Sun, Tingjun Hou, Shuangjia Zheng

cs.AI

papers.abstract

Biomolekulare Wechselwirkungen bilden die Grundlage fast aller biologischen Prozesse, und ihr rationales Design ist zentral für die Programmierung neuer biologischer Funktionen. Generative KI-Modelle haben sich als leistungsstarke Werkzeuge für das Moleküldesign erwiesen, doch die meisten sind nach wie vor auf einzelne Molekültypen spezialisiert und ermöglichen keine fein abgestufte Kontrolle über Wechselwirkungsdetails. Hier stellen wir ODesign vor, ein all-atom generatives Weltmodell für das Design all-zu-aller biomolekularer Wechselwirkungen. ODesign ermöglicht es Wissenschaftlern, Epitope auf beliebigen Zielstrukturen zu spezifizieren und diverse Klassen von Bindungspartnern mit fein abgestufter Kontrolle zu generieren. In Entitäts-, Token- und Atom-Level-Benchmarks im Proteinmodus demonstriert ODesign eine überlegene Steuerbarkeit und Leistung gegenüber modalspezifischen Baseline-Modellen. Über Proteine hinaus generalisiert es für das Design von Nukleinsäuren und kleinen Molekülen und ermöglicht damit zuvor unzugängliche Wechselwirkungstypen wie proteinbindende RNA/DNA und RNA/DNA-bindende Liganden. Indem ODesign multimodale biomolekulare Wechselwirkungen in einem einzigen generativen Framework vereint, bewegt es sich auf ein allgemeines molekulares Weltmodell zu, das programmierbares Design ermöglicht. ODesign ist verfügbar unter https://odesign.lglab.ac.cn.

English

Biomolecular interactions underpin almost all biological processes, and their rational design is central to programming new biological functions. Generative AI models have emerged as powerful tools for molecular design, yet most remain specialized for individual molecular types and lack fine-grained control over interaction details. Here we present ODesign, an all-atom generative world model for all-to-all biomolecular interaction design. ODesign allows scientists to specify epitopes on arbitrary targets and generate diverse classes of binding partners with fine-grained control. Across entity-, token-, and atom-level benchmarks in the protein modality, ODesign demonstrates superior controllability and performance to modality-specific baselines. Extending beyond proteins, it generalizes to nucleic acid and small-molecule design, enabling interaction types such as protein-binding RNA/DNA and RNA/DNA-binding ligands that were previously inaccessible. By unifying multimodal biomolecular interactions within a single generative framework, ODesign moves toward a general-purpose molecular world model capable of programmable design. ODesign is available at https://odesign.lglab.ac.cn ,