中國海洋大學(xué)在海洋抗菌肽資源發(fā)掘方面取得新進(jìn)展
http://m.gerecailiao.cn　 2024年11月8日　 來源：華禹教育網(wǎng)
　　近日，中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所張偉鵬教授和海洋生命學(xué)院丁維副教授在iMeta雜志發(fā)表題為“Bioprospecting of culturable marine biofilm bacteria for novel antimicrobial peptides”（從可培養(yǎng)的海洋生物被膜細(xì)菌中發(fā)掘新型抗菌肽）的研究論文，通過使用新的方法對海洋生物被膜抗菌肽產(chǎn)生潛力進(jìn)行了勘探，擴(kuò)展了抗菌肽化合物的范圍，為抗菌藥源分子的研發(fā)提供了新視角。
　　
　　抗生素耐藥性已經(jīng)成為一個重大的公共衛(wèi)生威脅，尋找新型抗菌藥物是抵御耐藥細(xì)菌的一種重要方式，其中抗菌肽作為新型抗生素的一種潛在藥物，受到廣泛關(guān)注�？咕氖莿游�、植物和微生物產(chǎn)生的兩親性小分子多肽，具有廣譜抗菌效果。在海洋環(huán)境中，生物被膜是附著在任何浸沒基質(zhì)上的微生物群落，如人造基質(zhì)、石頭表面、微塑料或動物內(nèi)臟，生物被膜細(xì)菌因其獨特的生態(tài)位和代謝特征，具有發(fā)現(xiàn)新型抗菌肽的巨大潛力。本研究聚焦于從可培養(yǎng)的海洋生物被膜細(xì)菌中發(fā)掘新型抗菌肽。
　　
　　本研究從海洋生物被膜中進(jìn)行了細(xì)菌菌株分離并對它們的基因組進(jìn)行測序，構(gòu)建了一個可培養(yǎng)的海洋生物被膜細(xì)菌庫，包括713個菌株及其接近完整的基因組，為挖掘抗菌肽奠定了基礎(chǔ)。隨后，使用核糖體分析（Ribo-seq）與深度學(xué)習(xí)模型相結(jié)合的新方法預(yù)測抗菌肽，Ribo-seq分析的引入增強(qiáng)了序列過濾過程，使得在抗菌肽預(yù)測之前能夠更準(zhǔn)確地識別小開放閱讀框（sORFs）。然后構(gòu)建了一個由卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、雙向長短期記憶層和注意力層組成的深度學(xué)習(xí)模型，在80,430個表達(dá)的sORFs中鑒定出341個為候選抗菌肽，其中多數(shù)與公共數(shù)據(jù)庫中的抗菌肽相似性低于40%，表明深度學(xué)習(xí)模型捕獲了海洋抗菌肽的內(nèi)涵特征。化學(xué)合成的60個候選抗菌肽中90%（54個）展示出抗菌活性，對多種人類耐藥病原菌有強(qiáng)抑制作用。對其中12個強(qiáng)效抗菌肽進(jìn)行的細(xì)胞毒性和溶血性測試顯示了較低的毒性。最后，通過AlphaFold2預(yù)測和圓二色譜法探究抗菌肽結(jié)構(gòu)，掃描電子顯微鏡和共聚焦激光掃描顯微鏡觀測抗菌肽的作用靶點，揭示4種強(qiáng)效候選抗菌肽靶向金黃色葡萄球菌的細(xì)胞膜的殺菌機(jī)制。


　　　　　　　　　　　　　　　　　工作流程圖
　　
　　這項研究成功將Ribo-seq分析與新的深度學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，從純培養(yǎng)的海洋生物被膜細(xì)菌中預(yù)測出抗菌肽，并最終鑒定出與已知抗菌肽序列相似度低、性質(zhì)不同的高效、低毒抗菌肽，為抗菌藥源分子的研發(fā)提供了新視角。


　　　　　　　　　　　　張偉鵬教授（后排右三）團(tuán)隊合影
　　
　　中國海洋大學(xué)博士研究生范燊、秦澎、盧潔、王帥濤、張杰為該論文共同第一作者，張偉鵬教授和丁維副教授為共同通訊作者。相關(guān)工作得到山東省科研基金、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金等資助。
　　
　　通訊員：張川 圖：張偉鵬
　　
　　文章鏈接：https://doi.org/10.1002/imt2.244
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