人工抗微生物肽克服耐药细菌

图像：Ella Marushchenko.

借助计算机算法，研究人员开发比本质上发现的肽更强大。

在过去几年中，许多菌株对现有的抗生素造成抗性，并且抗生素阿森纳已添加很少的新药。

为了帮助打击这种不断增长的公共卫生问题，一些科学家正在探索抗微生物肽 - 在大多数生物中发现的天然存在的肽。大多数这些都不足够强大，无法在人类的感染，所以研究人员正试图提出新的，更有效的版本。

麻省理工学院和天主教徒的巴西利亚的研究人员现在已经开发出一种简化的发展方法来发展这种药物。他们的新策略依赖于模仿进化自然过程的计算机算法，已经产生了一种潜在的药物候选物，成功地杀死了小鼠的细菌。

“我们可以用电脑为我们做大量的工作，作为新的抗菌肽肽序列的发现工具，”Cesar de la Fuente-Nunez，MIT Postdoc和Areces Foundation Gellow。“这种计算方法更具成本效益，更效率更大。”

De La Fuente-Nunez和奥德华斯科西利亚州科西利亚大学和Dom Bosco天主教大学是本文的相应作者，该论文出现在4月16日的自然通信问题。蒂莫西鲁，电气工程与计算机科学和生物工程的麻省理工学院副教授，也是作者。

人造肽

抗微生物肽以许多不同的方式杀死微生物。通过损坏膜，在内部损坏微生物细胞，它们可以破坏细胞靶，例如DNA，RNA和蛋白质。

在寻求更强大的人工抗微生物肽的过程中，科学家通常合成数百种新的变体，这是一种费力且耗时的过程，然后对不同类型的细菌进行测试。

De La Fuente-Nunez和他的同事想找一种方法可以让计算机做大部分设计工作。为此，研究人员创建了一种计算机算法，该计算机算法将与达尔文的自然选择理论相同的原则。该算法可以从任何肽序列开始，产生数千个变体，并测试它们的所需特征。

“通过使用这种方法，我们能够探索许多肽，而不是如果我们手动这样做的话。然后我们只需要筛选计算机能够浏览的整个序列的小部分，“De la Fuente-Nunez说。

在这项研究中，研究人员从番石榴植物的种子中发现了一种抗微生物肽。该肽称为PG-AMP1，仅具有弱抗微生物活性。研究人员讲述了肽序列，肽序列具有两个特征，有助于肽渗透细菌膜：形成α螺旋的趋势和一定水平的疏水性。

在算法生成和评估成千上万的肽序列之后，研究人员合成了最有前途的100个候选人来测试在实验室菜肴中生长的细菌。称为Guavanin 2的顶部表演者含有20个氨基酸。与原始的PG-AMP1肽不同，富含氨基酸甘氨酸，Guavanin富含精氨酸，但只有一个甘氨酸分子。

更有力

这些差异使Guavanin 2更有效，特别是针对一种称为革兰氏阴性的细菌。革兰氏阴性细菌包括许多物种，负责最常见的医院获得的感染，包括肺炎和泌尿道感染。

研究人员测试了由一种被称为假单胞菌铜绿假单胞菌的革兰阴性细菌引起的皮肤感染的小鼠的Guavanin 2，发现它比原始PG-AMP1肽更有效地清除感染。

“这项工作很重要，因为需要新型抗生素来克服抗生素抗性的不断增长的问题，”卡特克的化学工程助理教授Mikhail Shapiro说，他们没有参与该研究。“作者通过使用”在硅“进化算法中计算抗微生物肽来对该问题采取创新方法，该抗菌肽基于已知的一组特性分解新的肽，该肽与有效性相关。它们还包括令人印象深刻的一系列实验，以表明所得肽确实具有作为抗生素所需的性质，并且它们在至少一个小鼠感染模型中工作。“

De La Fuente-Nunez和他的同事现在计划进一步开发Guavanin 2潜在的人类使用，并计划使用算法寻求其他有效的抗菌肽。目前没有批准用于人类患者的人工抗微生物肽。

“由英国政府委托的报告估计，抗生素抗性细菌将每年杀死每年1000万人，所以从科学的角度来看，患有抗微生物的新方法都是巨大的兴趣卫生观点，“De La Fuente-Nunez说。

该研究由Ramónareces基金会和国防威胁减少机构（DTRA）资助。

出版物：在番石榴抗微生物肽的硅优化中，使肽设计的组合探索能够，“自然通信，第9卷，物品编号：1490（2018）DOI：10.1038 / S41467-018-03746-3