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抗菌肽数据库构建的思考:分子设计与筛选的强大工具

期刊:International Journal of Molecular SciencesDOI:10.3390/ijms24043134

这篇文档属于类型b,即一篇综述性论文。以下是对该文档的学术报告:

本文由Kun Zhang、Da Teng、Ruoyu Mao、Na Yang、Ya Hao和Jianhua Wang等作者撰写,他们分别来自中国农业科学院饲料研究所基因工程实验室、抗菌肽与抗生素替代品创新团队以及农业农村部饲料生物技术重点实验室。该论文于2023年2月5日发表在《International Journal of Molecular Sciences》期刊上,题为《Thinking on the Construction of Antimicrobial Peptide Databases: Powerful Tools for the Molecular Design and Screening》。本文的主题是抗菌肽(Antimicrobial Peptides, AMPs)数据库的构建与应用,重点探讨了四个主要的抗菌肽数据库(APD、CAMP、DBAASP和DBAMP)的建设、功能、预测和设计能力,并提出了改进和应用这些数据库的思路。

首先,作者介绍了抗菌肽的研究背景。随着抗生素耐药性(Antimicrobial Resistance, AMR)的加速增长,开发新的抗菌剂成为迫切需求。抗菌肽作为天然存在于生物体中的防御分子,具有低耐药性的潜力,因此被广泛研究作为抗生素的替代品。然而,随着高通量技术的发展,抗菌肽衍生物的数量急剧增加,手动筛选和分析变得耗时费力。因此,建立结合计算机算法的抗菌肽数据库,以总结、分析和设计新的抗菌肽,显得尤为重要。

其次,作者详细介绍了四个主要的抗菌肽数据库。第一个是抗菌肽数据库(Antimicrobial Peptides Database, APD),由Wang Guangshun团队于2003年建立,包含3425个抗菌肽,主要用于预测抗菌肽的物理化学性质。第二个是抗菌肽集合数据库(Collection of Antimicrobial Peptides, CAMP),由Shaini Thomas于2010年建立,包含8164个抗菌肽,其特点是基于机器学习算法(如随机森林、支持向量机等)进行预测。第三个是抗菌肽活性与结构数据库(Database of Antimicrobial Activity and Structure of Peptides, DBAASP),该数据库手动收集了18719个经过实验验证的抗菌肽,能够预测抗菌肽的物理化学性质、毒性和溶血性。第四个是抗菌肽数据库(Database of Antimicrobial Peptides, DBAMP),由Tzong-Yi Lee于2018年开发,包含26447个抗菌肽,能够预测抗菌肽对不同目标细菌、病毒、癌细胞等的活性,并处理转录组和蛋白质组数据。

接下来,作者分析了这些数据库的优势和挑战。APD数据库的优势在于其对抗菌肽物理化学性质的预测能力,但其数据容量和分类能力相对有限。CAMP数据库的优势在于其强大的机器学习算法,能够高效预测抗菌肽的活性,但其物理化学性质的统计分析仍需改进。DBAASP数据库的优势在于其手动收集的实验验证数据,能够全面评估抗菌肽的活性和毒性,但其预测能力有待提高。DBAMP数据库的优势在于其大规模数据资源和对抗菌肽活性的预测能力,但其对物理化学性质的预测功能不足。

此外,作者还探讨了这些数据库在抗菌肽设计和筛选中的应用。例如,APD和CAMP数据库被广泛用于设计抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌肽,而DBAASP数据库则被用于设计低溶血性的抗菌肽。然而,这些数据库在设计和预测方面的应用仍存在局限性,尤其是在抗菌活性之外的指标(如毒性、稳定性和特异性)方面。作者指出,未来的数据库应结合生物信息学技术、计算机算法和机器学习,以提高抗菌肽设计的效率和准确性。

最后,作者提出了改进抗菌肽数据库的三个关键原则。第一个原则是通过整合转录组和蛋白质组数据,预测抗菌肽的物理化学性质,并评估其成药性。第二个原则是通过数据库进行抗菌肽的从头设计,优化其结构、活性和安全性。第三个原则是通过优化循环,不断改进抗菌肽的设计和筛选过程,以实现最佳结果。

本文的意义在于,它系统地总结了抗菌肽数据库的现状和发展趋势,提出了改进和应用这些数据库的思路,为抗菌肽的研究和开发提供了重要参考。通过结合生物信息学技术和机器学习算法,抗菌肽数据库有望在未来的抗菌剂设计中发挥更加重要的作用,帮助应对抗生素耐药性带来的挑战。

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