[发明专利]一种基于人工智能设计的抗菌肽yuce 4及其突变体

说明书

本发明基于深度学习和分子动力学模拟设计，得到了一种基于人工智能设计的全新序列的抗菌肽yuce 4，具有高效广谱的抗菌作用。本发明通过核磁共振解析(NMR)、圆二色谱(CD)和Alphafold2三维结构预测，都证明了yuce 4的α螺旋的存在。本发明还设计了yuce 4的突变体，发现对嗜麦芽窄食单胞菌WH006和铜绿假单胞菌PAO1的活性可以提高4‑8倍，几个类似物的MIC达到8μg/mL，本发明还证实了深度学习和分子动力学模拟在加速抗菌肽发现方面的潜力，并有希望成为开发新型抗菌肽的重要工具。

技术领域

本发明属于抗菌药物技术领域，具体涉及抗菌肽及其突变体在抑制细菌生长中的应用。

背景技术

抗生素是临床上用于治疗细菌感染疾病最常见的药物。但随着近些年抗生素的滥用，越来越多的耐药性细菌随之诞生，成为人类健康与安全的最大威胁之一，开发新的抗菌药物已经刻不容缓。在药物的开发和设计过程，传统方法往往面临消耗时间长、成本高、容错率低等问题，而人工智能(Artificial intelligence,AI)够在短期内收集药物分子信息，组合构建一个样本大的数据库，利用机器学习它们的结构或物理化学特征、成药规律、细胞毒性等特性来给定分子的特性，从而生成一些新的药物分子，然后将其用于候选筛选，实现加速药物设计过程，从而降低成本。

现有的抗菌药物部分来源于微生物的代谢产物，在这其中抗菌肽由于具有毒性低、抗菌广谱性好、而且不易产生(甚至可能逆转)耐药性等特点引起了人们的广泛关注。经过数十亿年的进化，抗菌肽(Antimicrobial peptides，AMPs)

往往作为免疫系统的一部分出现在生物体内，并通过多种作用机制作为防御系统抵御入侵的病原体，发挥着抗菌作用。抗菌肽的分子量小，大多由6到50个氨基酸组成，由于存在数目较多的赖氨酸和精氨酸残基，净电荷数介于+2～+9之间。大多数抗菌肽能够作用于细胞膜，形成跨膜的离子通道，从而破坏细胞膜的完整性使得细菌细胞内容物流出而死亡。已有证据表明，抗菌肽的生物活性与正电荷、疏水性、两亲性和二级结构等因素显著相关，这为抗菌肽的进一步改造提供了切实可行的依据。由于广谱抗菌活性以及低毒性使得抗菌肽代替抗生素来治疗细菌性疾病成为一种方案，具有良好的开发和应用前景。

发明内容

本发明为了解决现有抗生物的不足之处，基于深度学习和分子动力学模拟设计，得到了一种基于人工智能设计的全新序列的抗菌肽yuce 4，具有高效广谱的抗菌作用。

本发明的第一目的，提供了一种基于人工智能设计的抗菌肽yuce 4，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

为了进一步提高抗菌肽yuce 4的生物活性，本发明的第二目的，还提供了基于抗菌肽yuce 4改造后的突变体，在SEQ ID NO.1的基础上存在如下一个或多个氨基酸突变：D1A，T2A，F3A，G4A，R5A，R7A，R8A，W9A，W10A，L13A，G14A，R17A，R18A，D1R，T2R，F3R，G4R，W9R，W10R，A11R，A12R，L13R，G14R，A15R。

优选地，所述突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO.2-36任一所示。

本发明还提供了抗菌肽yuce 4及其突变体的化学制备方法，包括如下步骤：根据yuce 4及其突变体的氨基酸序列，采用多肽固相合成法合成全序列，两个半胱氨酸上的巯基采用ACM保护基进行保护，最后用碘氧化的方法使得二硫键连接；通过C₁₈反向色谱柱进行纯化，使用电喷雾质谱进行分子量的测定，用高效液相色谱鉴定纯度和圆二色谱表征二级结构。

本发明的第三目的，提供了所述抗菌肽yuce 4及其突变体在在抑制细菌生长中的应用。

进一步地，所述细菌为革兰氏阴性菌或革兰氏阳性菌。