硬核赋能 | 凌恩深度参与，解锁反刍动物源新型抗菌肽

研究背景面对抗生素耐药性挑战抗菌肽AMPs因其独特膜裂解机制成为研究热点。反刍动物胃肠道微生物组作为新型AMPs的资源库尚未得到充分开发。本研究采用深度学习与生物信息学方法旨在挖掘该体系中具有抗耐药菌活性的新型抗菌肽为耐药菌感染防控提供新策略。技术路线实验设计本研究通过ProtBERT、CNN和LSTM构建深度学习模型从反刍动物宏基因组中筛选候选抗菌肽。结合宏蛋白质组精选39种肽进行合成通过体外实验评定抗菌活性与生物安全性遴选出先导肽Peptide 4。进一步利用小鼠感染模型验证其体内抗methicillinresistant Staphylococcus aureus(MRSA)功效并通过分子动力学模拟与电镜揭示其膜破坏机制。主要研究结果1. 基于深度学习的AMP分类模型表现出稳健的性能该研究模型能高效处理蛋白质序列各项指标显著优于现有模型。依托该模型成功从宏基因组中筛选出大量潜在抗菌肽。图1 基于深度学习的AMP分类模型和性能评估2. 反刍动物GIT区域特异性分布及AMP选择结果表明反刍动物胃肠道中分泌cAMP的细菌分布具有显著区域特异性。不同区段如瘤胃、肠道的菌群丰度和组成差异明显受局部pH、营养等环境因素调控鉴定的85个AMP与多种细菌丰度呈显著负相关其中39个在多个胃肠区均发挥作用的肽被优先选定。图2 基于生物信息学的AMP筛选3. AMP在体外试验中实际应用潜力抑菌实验结果表明多数肽对致病菌有抑制效果其中Peptide 4对MRSA具有强效抑制作用且不易诱导耐药性。毒性实验表明其溶血率低于15%对哺乳动物细胞无毒性。图3 Peptide 4外抗菌功效和生物安全性评价4. Peptide 4消除小鼠伤口感染模型中的MRSA结果表明Peptide 4表现出强大的MRSA清除能力。处理14天后效果优于莫匹罗星对照组。组织学分析显示处理后炎症反应减轻且表皮修复完整证明其具有显著的体内抗感染和促愈合双重功效。图4 评估Peptide 4在伤口感染小鼠模型中的抗菌功效和治疗潜力5. Peptide 4特异性靶向细菌细胞膜电镜显示肽处理可引起MRSA细胞膜凹陷、渗漏直至彻底裂解。分子动力学模拟进一步揭示其通过静电作用吸附于膜表面疏水核心插入脂质双分子层增加膜流动性并诱发水孔形成最终导致膜结构损伤。图5 Peptide 4对MRSA的影响及分子动力学模拟探索Peptide 4的作用机制研究结论本研究成功开发了一种深度学习驱动的方法高效挖掘反刍动物胃肠道微生物资源发现新型抗菌肽Peptide 4。该肽通过破坏细菌细胞膜机制有效抑制MRSA且不易诱发耐药性。体外与体内实验均证实其具有强抗菌活性、低毒性和促进伤口愈合功能展现出良好的转化应用前景。凌恩具有高分辨的UHPLC-MS使用DIA检测模式对蛋白质进行定量定量精密度、准确性、线性范围大大提高保证结果的可靠性严谨性为您的科研保驾护航。参考文献Shen H, Li Y, Pi Q, Tian J, Xu X, Huang Z, Huang J, Pian C, Mao S. Unveiling novel antimicrobial peptides from the ruminant gastrointestinal microbiomes: A deep learning-driven approach yields an anti-MRSA candidate. J Adv Res. 2025 Jan 3:S2090-1232(25)00005-0. doi: 10.1016/j.jare.2025.01.005.原文链接https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.01.005