Cell子刊：让灭绝的分子起死回生，在此过程中发现隐藏的免疫基因

　　宾夕法尼亚大学的机器生物学小组将人工智能与先进的实验方法相结合，为未来的医学突破挖掘了古老的过去，使灭绝的分子复活，以寻找新的抗生素。

　　

Cesar de la Fuente说:“在抗生素研究方面，我们需要大胆设想。”“每年有超过100万人死于耐药感染，预计到2050年将达到1000万。几十年来都没有出现过一种真正的新型抗生素，而且我们中很少有人能解决这个问题，所以我们需要考虑的不仅仅是新药。我们需要新的框架。”

De la Fuente是宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院生物工程系和化学与生物分子工程系的校长助理教授。他在佩雷尔曼医学院的精神病学和微生物学方面拥有额外的初级职位。

德拉富恩特的机器生物学小组实验室利用工程学和健康科学领域强有力的合作伙伴关系，利用“机器的力量加速生物学和医学的发现”，创建了这些新的框架。

该团队将人工智能与先进的实验方法相结合，为未来的医学突破挖掘了古老的过去。在最近发表在《细胞宿主与微生物》杂志上的一项研究中，该团队启动了“分子灭绝”领域。

我们的基因组，我们的遗传物质，和我们远古祖先的基因组，表达了具有天然抗菌特性的蛋白质。“分子去灭绝”假设这些分子可能是安全新药的主要候选者。这些分子是通过进化自然产生和选择的，与单独使用人工智能进行分子发现相比，它们具有很好的优势。

在这篇论文中，研究小组探索了两种已灭绝生物：尼安德特人和丹尼索瓦人的蛋白质组学表达，他们是人类的古老祖先，并发现了几十种具有抗生素性质的小蛋白质序列。然后，他们的实验室开始合成这些分子，使这些消失已久的化学物质重新焕发生机。

“电脑给我们一个氨基酸序列，”德拉富恩特说。“这些都是肽的组成部分，一种小蛋白质。然后我们可以用一种叫做“固相化学合成”的方法来制造这些分子。我们将氨基酸的配方转化为实际的分子，然后构建它。”

接下来，研究小组将这些分子应用于培养皿和小鼠中的病原体，以测试其计算预测的准确性和有效性。

“那些有效的，效果很好，”de la Fuente继续说道。“在两个病例中，肽与标准护理相当，如果不是更好的话。那些不起作用的帮助我们了解到我们的人工智能工具需要改进的地方。我们认为这项研究为思考抗生素和药物发现的新方法打开了大门，这第一步将使科学家们能够以越来越大的创造力和精确度探索它。”

这个新的研究领域尤其丰富。除了为药物发现提供一个全新的框架外，他们的工作还对我们的免疫系统产生了意想不到的见解。值得注意的是，一些有问题的肽序列以前在免疫中没有已知的作用。

事实上，该小组之前的研究已经表明，他们发现的一些抗菌分子被隐藏起来，加密在与体内完全不同的系统和功能相关的蛋白质中。

“有一件事让我很惊讶，”德拉富恩特说，“我们的实验室在身体的每个系统——心血管系统、神经系统、消化系统等等——都发现了序列。我们以前没有认识到的是，在一个系统中发挥作用的蛋白质或肽也可能有助于整体免疫力。”

生物学的传统观点是，一个基因编码一种蛋白质，每种蛋白质有一种功能。但该团队及其才华横溢的合作者发现，一种蛋白质可以具有多种功能。

德拉富恩特说:“我们正在开辟一条全新的途径，让我们了解身体预防和对抗疾病的方式。”

有了这些分子的反灭绝，宾夕法尼亚大学工程学院的研究小组现在正在深思熟虑地探索复活过去的后果。

德拉富恩特说:“我们正在与生物伦理学家讨论让遗传物质复活意味着什么。”“我们这样做是为了医学，但如果别人复活了有毒或有害的东西怎么办?”我们也在与专利律师合作。目前的肽序列不具有法律上的专利性。但是那些我们从灭绝的生物中再造出来的生物呢?”

一个简单的分子，有几千年的历史，还在帮助我们提出以前从未问过的问题。

文章标题

Molecular de-extinction of ancient antimicrobial peptides enabled by machine learning