雖然生物學家和化學家競相開發(fā)新的抗生素來對抗不斷變異的細菌，預計到 2050 年將導致 1000 萬人死亡，但工程師們正在通過不同的視角來解決這個問題：在人類基因組中尋找天然存在的抗生素。

基因組中的數(shù)十億個堿基對本質上是一長串代碼，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，它們反過來結合形成蛋白質。然而，關于如何以及在何處對一組特定指令進行編碼，仍有很多需要了解的地方。

現(xiàn)在，賓夕法尼亞大學的一個跨學科團隊將計算機科學方法用于解決生命科學問題，他們使用精心設計的算法發(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、精神病學、化學和生物分子工程助理教授Cesar de la Fuente領導，涵蓋賓夕法尼亞大學工程和賓夕法尼亞大學醫(yī)學，以及他的博士后 Marcelo Torres 和 Marcelo Melo。那不勒斯費德里科二世大學的合作者Orlando Crescenzi 和Eugenio Notomista 也為這項工作做出了貢獻。

“人體是一個信息寶庫，一個生物數(shù)據(jù)集。通過使用正確的工具，我們可以挖掘一些最具挑戰(zhàn)性的問題的答案，”de la Fuente 說。“我們使用‘加密’這個詞來描述我們發(fā)現(xiàn)的抗菌肽，因為它們隱藏在更大的蛋白質中，這些蛋白質似乎與免疫系統(tǒng)沒有聯(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，幾乎由每個生物體產(chǎn)生。由于它們能夠保護身體免受感染，識別新的 AMP 一直是一個活躍的研究領域，但主要基于化學直覺和實驗的傳統(tǒng)搜索方法限制了肽抗生素的發(fā)現(xiàn)，而不是傳統(tǒng) AMP。

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

研究人員的方法從所有 AMP 的共同生理化學特征開始：它們的長度為 8 到 50 個氨基酸，帶正電荷，同時具有疏水和親水部分。這種新方法像搜索功能一樣運行，以識別基因組和蛋白質組中具有抗菌特性的肽。