雖然生物學(xué)家和化學(xué)家競(jìng)相開(kāi)發(fā)新的抗生素來(lái)對(duì)抗不斷變異的細(xì)菌，預(yù)計(jì)到 2050 年將導(dǎo)致 1000 萬(wàn)人死亡，但工程師們正在通過(guò)不同的視角來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：在人類(lèi)基因組中尋找天然存在的抗生素。

基因組中的數(shù)十億個(gè)堿基對(duì)本質(zhì)上是一長(zhǎng)串代碼，其中包含制造身體所需的所有分子的指令。這些分子中最基本的是氨基酸，它們是肽的組成部分，它們反過(guò)來(lái)結(jié)合形成蛋白質(zhì)。然而，關(guān)于如何以及在何處對(duì)一組特定指令進(jìn)行編碼，仍有很多需要了解的地方。

現(xiàn)在，賓夕法尼亞大學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)將計(jì)算機(jī)科學(xué)方法用于解決生命科學(xué)問(wèn)題，他們使用精心設(shè)計(jì)的算法發(fā)現(xiàn)了一套新的抗菌肽，這些肽隱藏在這段代碼的深處。

該研究發(fā)表在Nature Biomedical Engineering 上，由生物工程、微生物學(xué)、精神病學(xué)、化學(xué)和生物分子工程助理教授Cesar de la Fuente領(lǐng)導(dǎo)，涵蓋賓夕法尼亞大學(xué)工程和賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)，以及他的博士后 Marcelo Torres 和 Marcelo Melo。那不勒斯費(fèi)德里科二世大學(xué)的合作者Orlando Crescenzi 和Eugenio Notomista 也為這項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)。

“人體是一個(gè)信息寶庫(kù)，一個(gè)生物數(shù)據(jù)集。通過(guò)使用正確的工具，我們可以挖掘一些最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題的答案，”de la Fuente 說(shuō)。“我們使用‘加密’這個(gè)詞來(lái)描述我們發(fā)現(xiàn)的抗菌肽，因?yàn)樗鼈冸[藏在更大的蛋白質(zhì)中，這些蛋白質(zhì)似乎與免疫系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)系，我們希望在那里找到這種功能。”

抗菌肽 (AMP) 是天然存在的小分子，幾乎由每個(gè)生物體產(chǎn)生。由于它們能夠保護(hù)身體免受感染，識(shí)別新的 AMP 一直是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，但主要基于化學(xué)直覺(jué)和實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)搜索方法限制了肽抗生素的發(fā)現(xiàn)，而不是傳統(tǒng) AMP。

“在這項(xiàng)研究中，我們應(yīng)用了一種新的方式，利用人工智能在以前無(wú)法識(shí)別的地方發(fā)現(xiàn)抗生素。沒(méi)有什么比探索我們自己的生物信息更好的起點(diǎn)，即收集使我們成為我們自己的基因和蛋白質(zhì)，”de la Fuente 說(shuō)。

研究人員的方法從所有 AMP 的共同生理化學(xué)特征開(kāi)始：它們的長(zhǎng)度為 8 到 50 個(gè)氨基酸，帶正電荷，同時(shí)具有疏水和親水部分。這種新方法像搜索功能一樣運(yùn)行，以識(shí)別基因組和蛋白質(zhì)組中具有抗菌特性的肽。