Use of Artificial Intelligence in the Design of Small Peptide Antibiotics Effective against a Broad Spectrum of Highly Antibiotic-Resistant Superbugs

抗生素 抗菌剂 生物信息学 抗菌肽 抗生素耐药性 计算生物学 生物 广谱 人工智能 化学 组合化学 计算机科学 微生物学 生物化学 基因
作者
Artem Cherkasov,Kai Hilpert,Håvard Jenssen,Christopher D. Fjell,Matt Waldbrook,Sarah C. Mullaly,Rudolf Volkmer,Robert E. W. Hancock
出处
期刊:ACS Chemical Biology [American Chemical Society]
卷期号:4 (1): 65-74 被引量:347
标识
DOI:10.1021/cb800240j
摘要

Increased multiple antibiotic resistance in the face of declining antibiotic discovery is one of society's most pressing health issues. Antimicrobial peptides represent a promising new class of antibiotics. Here we ask whether it is possible to make small broad spectrum peptides employing minimal assumptions, by capitalizing on accumulating chemical biology information. Using peptide array technology, two large random 9-amino-acid peptide libraries were iteratively created using the amino acid composition of the most active peptides. The resultant data was used together with Artificial Neural Networks, a powerful machine learning technique, to create quantitative in silico models of antibiotic activity. On the basis of random testing, these models proved remarkably effective in predicting the activity of 100,000 virtual peptides. The best peptides, representing the top quartile of predicted activities, were effective against a broad array of multidrug-resistant "Superbugs" with activities that were equal to or better than four highly used conventional antibiotics, more effective than the most advanced clinical candidate antimicrobial peptide, and protective against Staphylococcus aureus infections in animal models.

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