De Novo Multi‐Mechanism Antimicrobial Peptide Design via Multimodal Deep Learning

抗菌剂 抗菌肽 管道(软件) 背景(考古学) 深度学习 人工智能 计算生物学 计算机科学 化学 机器学习 生物 体内 药物发现 合成生物学
作者
Xiaojuan Li,Haifan Gong,Yue Wang,Yinuo Zhao,Lei Li,Peijing Bao,Qingzhou Kong,Jialu Fu,Boyao Wan,Yumeng Zhang,Jinghui Zhang,Jiekun Ni,Zhongxue Han,Xueping Nan,Kunping Ju,Longfei Sun,Yuerui Ma,Huijun Chang,Mengqi Zheng,Yanbo Yu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (28): e15835-e15835
标识
DOI:10.1002/advs.202515835
摘要

Artificial intelligence (AI)-driven discovery of antimicrobial peptides (AMPs) is yet to fully utilize their three-dimensional (3D) structural characteristics, microbial species-specific antimicrobial activities, and mechanisms. Here, we constructed a QLAPD database comprising the sequence, structures, and antimicrobial properties of 12 914 AMPs. QLAPD underlies a multimodal, multitask, multilabel, and conditionally controlled AMP discovery (M3-CAD) pipeline, proposed for the de novo design of multi-mechanism AMPs to combat multidrug-resistant organisms (MDROs). This pipeline integrates generation, regression, and classification modules, using an innovative 3D voxel coloring method to capture the nuanced physicochemical context of amino acids, thus enhancing structural characterizations. QLX-3DV-1 and QLX-3DV-2, identified through M3-CAD, were found to demonstrate multiple antimicrobial mechanisms, notable activity against MDROs, and low toxicity. In vivo experiments were used to validate their antimicrobial effects with limited local and systemic toxicity. Overall, integrating 3D features, species-specific antimicrobial activities, and mechanisms enhanced AI-driven AMP discovery, making the M3-CAD pipeline a viable tool for de novo AMP design.
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