Screening antimicrobial peptides and probiotics using multiple deep learning and directed evolution strategies

植物乳杆菌 抗菌肽 抗菌剂 分类 计算生物学 深度学习 人工智能 生物 机器学习 计算机科学 微生物学 细菌 算法 遗传学 乳酸
作者
Yu Zhang,Lihua Liu,Bo Xu,Zhiqian Zhang,Min Yang,Yiyang He,Jingjing Chen,Yang Zhang,Yucheng Hu,Xipeng Chen,Zitong Sun,Qijun Ge,Song Wu,Wei Lei,Kaizheng Li,Hua Cui,Gangzhu Yang,Xuemei Zhao,Man Wang,Jiaqi Xia
出处
期刊:Acta Pharmaceutica Sinica B [Elsevier BV]
卷期号:14 (8): 3476-3492 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.apsb.2024.05.003
摘要

Owing to their limited accuracy and narrow applicability, current antimicrobial peptide (AMP) prediction models face obstacles in industrial application. To address these limitations, we developed and improved an AMP prediction model using Comparing and Optimizing Multiple DEep Learning (COMDEL) algorithms, coupled with high-throughput AMP screening method, finally reaching an accuracy of 94.8% in test and 88% in experiment verification, surpassing other state-of-the-art models. In conjunction with COMDEL, we employed the phage-assisted evolution method to screen Sortase in vivo and developed a cell-free AMP synthesis system in vitro, ultimately increasing AMPs yields to a range of 0.5‒2.1 g/L within hours. Moreover, by multi-omics analysis using COMDEL, we identified Lactobacillus plantarum as the most promising candidate for AMP generation among 35 edible probiotics. Following this, we developed a microdroplet sorting approach and successfully screened three L. plantarum mutants, each showing a twofold increase in antimicrobial ability, underscoring their substantial industrial application values.
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