In Silico Design and Synthesis of Antifungal Peptides Guided by Quantitative Antifungal Activity

抗真菌 生物信息学 计算生物学 化学 生物化学 组合化学 生物 微生物学 基因
作者
Jin Zhang,Xinhao Sun,Hongwei Zhao,Xu Zhou,Yiling Zhang,Feng Xie,Boyan Li,Guo Guo
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:64 (10): 4277-4285 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.4c00142
摘要

Antifungal peptides (AFPs) are emerging as promising candidates for advanced antifungal therapies because of their broad-spectrum efficacy and reduced resistance development. In silico design of AFPs, however, remains challenging, due to the lack of an efficient and well-validated quantitative assessment of antifungal activity. This study introduced an AFP design approach that leverages an innovative quantitative metric, named the antifungal index (AFI), through a three-step process, i.e., segmentation, single-point mutation, and global multipoint optimization. An exhaustive search of 100 putative AFP sequences indicated that random modifications without guidance only have a 5.97-20.24% chance of enhancing antifungal activity. Analysis of the search results revealed that (1) N-terminus truncation is more effective in enhancing antifungal activity than the modifications at the C-terminus or both ends, (2) introducing the amino acids within the 10-60% sequence region that enhance aromaticity and hydrophobicity are more effective in increasing antifungal efficacy, and (3) incorporating alanine, cysteine, and phenylalanine during multiple point mutations has a synergistic effect on enhancing antifungal activity. Subsequently, 28 designed peptides were synthesized and tested against four typical fungal strains. The success rate for developing promising AFPs, with a minimal inhibitory concentration of ≤5.00 μM, was an impressive 82.14%. The predictive and design tool is accessible at https://antifungipept.chemoinfolab.com.
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