供稿、供圖：化學(xué)與化工學(xué)院    編輯：田柳

2025年7月1日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院于明加副研究員和梁建華教授與物理學(xué)院蔣偉教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry發(fā)表了題為“AI-Accelerated Identification of Novel Antimicrobial Peptides for Inhibiting Fusarium graminearum”的研究論文（DOI: 10.1021/acs.jafc.5c03429）。

該團(tuán)隊(duì)在針對(duì)禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）引起小麥赤霉病造成的糧食減產(chǎn)和毒素中毒等環(huán)境安全和生命健康等問題，通過人工智能模型與計(jì)算物理方法加速設(shè)計(jì)出新型抗菌肽TP，僅需13.33微摩爾濃度即可近乎完全殺滅病原真菌禾谷鐮刀菌。這項(xiàng)AI與化學(xué)的交叉研究為保障全球糧食安全提供了新的思路。 

圖1. 研究摘要。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新構(gòu)建了抗菌肽人工智能設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過建立較大規(guī)模的抗菌肽數(shù)據(jù)庫，并精準(zhǔn)鎖定六項(xiàng)關(guān)鍵理化特征，成功建立四大預(yù)測(cè)模型。其中XGBoost模型表現(xiàn)最為卓越（預(yù)測(cè)精度R2=0.77），猶如裝上"分子雷達(dá)"般高效篩查有效肽段。通過該模型設(shè)計(jì)的六肽TP（KGPPRR）在實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出驚人效力——僅需微量濃度即可完全抑制病原菌生長(zhǎng)。 

圖2. 研究的流程。

分子動(dòng)力學(xué)模擬首次揭示其雙重作用機(jī)制：肽鏈先通過靜電作用錨定真菌細(xì)胞膜，隨后通過疏水性插入穿透屏障，最終精準(zhǔn)結(jié)合致病關(guān)鍵靶點(diǎn)肌球蛋白，阻斷病菌ATP水解。這種結(jié)合使病原菌喪失營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸能力，如同被切斷"細(xì)胞生命線"。特別值得注意的是，該肽段靶向的肌球蛋白恰是當(dāng)前主流殺菌劑的薄弱環(huán)節(jié)，為解決日益嚴(yán)峻的耐藥性問題提供新策略。 

圖3. 抗菌肽TP的穿膜機(jī)制和與靶蛋白的結(jié)合模式。

與傳統(tǒng)農(nóng)藥研發(fā)相比，這項(xiàng)AI驅(qū)動(dòng)技術(shù)縮短開發(fā)周期縮短，降低成本。該成果不僅創(chuàng)下單肽抗菌效率新紀(jì)錄，更開創(chuàng)了"計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證-機(jī)理解析"的智能農(nóng)藥研發(fā)新模式，為全球糧食安全鑄造"數(shù)字防護(hù)盾"。

附作者簡(jiǎn)介：

共同第一作者：冉躍，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院碩士生。

共同第一作者：李森，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士生。

通訊作者：于明加，北京理工大學(xué)副研究員，主要從事智能藥物設(shè)計(jì)算法開發(fā)以及重大疾病相關(guān)的新藥創(chuàng)制。梁建華，北京理工大學(xué)教授，主要從事藥物化學(xué)和新藥創(chuàng)制研究。蔣偉，北京理工大學(xué)教授，主要從事計(jì)算物理和自旋電子學(xué)研究。

本研究受到國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（32201053）、北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃（3100012222222）資助。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.5c03429

 （審核：王振華）