AI在古老微生物中发现新型抗生素
宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院
它们在沸酸环境、深海热泉和盐滩中存活了数十亿年。如今，地球上最古老的生命形式——古菌——正为对抗当今最紧迫的健康威胁之一：抗生素耐药性，提供新武器。
一项发表于《自然·微生物学》的研究中，宾夕法尼亚大学研究人员利用人工智能发现了古菌中此前未知的化合物，这些化合物有望推动新一代抗生素的研发。
"过去的抗生素研究主要集中于真菌、细菌和动物，"宾夕法尼亚大学生物工程与化学及生物分子工程系总统特聘副教授César de la Fuente表示，"我们在精神病学、微生物学（佩雷尔曼医学院）以及化学（艺术与科学学院）领域担任多重教职，是本研究的资深作者。"
探索微生物新领域
区别于细菌和真核生物（包含植物、动物和真菌），古菌在生命树上占据独立分支。尽管显微镜下形似细菌，但它们在遗传学、细胞膜和生物化学方面存在根本差异。这些差异使它们能在海底热喷口、黄石公园沸腾温泉等地球极端环境中生存。
由于古菌常在极端压力、毒性化学物质和高温环境中进化，其生物机制呈现独特性。这使其成为开发新型分子工具（包括可能具有抗生素功能的化合物）的潜力来源。
"我们关注古菌是因为它们必须在特殊环境中进化出生物防御机制，"研究共同第一作者、de la Fuente实验室研究助理Marcelo Torres表示，"如果它们能在恶劣条件下存活数十亿年，或许已发展出独特的微生物竞争抑制机制。"
AI助力抗生素发现
研究团队运用人工智能工具APEX 1.1扫描古菌蛋白质数据。该工具由de la Fuente实验室开发，曾用于分析灭绝生物（如猛犸象）的古老生物学数据。
经过对数万条抗菌肽（AMPs）的训练，APEX能预测特定氨基酸序列的抗菌可能性。通过重新训练模型，团队成功识别出古菌中可能抑制细菌生长的肽段。
扫描233种古菌后，研究团队发现超过12,000种抗生素候选分子，将其命名为"archaeasins"。化学分析显示，这些分子与已知抗菌肽的主要差异在于电荷分布特性。
在选取的80种archaeasins实验中，93%表现出抗菌活性。其中三种分子在动物模型中有效抑制医院获得性耐药菌感染。其中一种效果与最后防线抗生素多粘菌素B相当。
"这项研究证明古菌中存在大量待发现的抗生素，"de la Fuente强调，"面对日益增长的抗生素耐药性，从非常规来源发现新抗生素至关重要。"
未来计划
研究团队将继续改进APEX模型，使其能基于结构预测抗生素候选物。同时将深入研究archaeasins的长期疗效和安全性，目标是推进至人体临床试验阶段。
"这只是开始，"de la Fuente表示，"作为地球上最古老的生命形式，古菌显然能教会我们如何应对现代病原体。"
本研究获得普罗cter & Gamble公司、联合治疗公司等机构资助，研究经费来自美国国立卫生研究院等组织。【全文结束】
