AI-guided few-shot inverse design of HDP-mimicking polymers against drug-resistant bacteria

细菌 药品 计算机科学 抗药性 计算生物学 微生物学 生物 药理学 遗传学
作者
Tianyu Wu,Min Zhou,Jingcheng Zou,Qi Chen,Feng Qian,Jürgen Kurths,Runhui Liu,Yang Tang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 6288-6288 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50533-4
摘要

Abstract Host defense peptide (HDP)-mimicking polymers are promising therapeutic alternatives to antibiotics and have large-scale untapped potential. Artificial intelligence (AI) exhibits promising performance on large-scale chemical-content design, however, existing AI methods face difficulties on scarcity data in each family of HDP-mimicking polymers (<10 2 ), much smaller than public polymer datasets (>10 5 ), and multi-constraints on properties and structures when exploring high-dimensional polymer space. Herein, we develop a universal AI-guided few-shot inverse design framework by designing multi-modal representations to enrich polymer information for predictions and creating a graph grammar distillation for chemical space restriction to improve the efficiency of multi-constrained polymer generation with reinforcement learning. Exampled with HDP-mimicking β -amino acid polymers, we successfully simulate predictions of over 10 5 polymers and identify 83 optimal polymers. Furthermore, we synthesize an optimal polymer DM 0.8 i Pen 0.2 and find that this polymer exhibits broad-spectrum and potent antibacterial activity against multiple clinically isolated antibiotic-resistant pathogens, validating the effectiveness of AI-guided design strategy.
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