供稿、供圖：化學與化工學院    編輯：田柳

2025年7月1日，北京理工大學化學與化工學院于明加副研究員和梁建華教授與物理學院蔣偉教授帶領的團隊在國際權威期刊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）。

該團隊在針對禾谷鐮刀菌（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算物理方法加速設計出新型抗菌肽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AI與化學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。

研究團隊創(chuàng)新構建了抗菌肽人工智能設計平臺。通過建立較大規(guī)模的抗菌肽數(shù)據(jù)庫，并精準鎖定六項關鍵理化特征，成功建立四大預測模型。其中XGBoost模型表現(xiàn)最為卓越（預測精度R2=0.77），猶如裝上"分子雷達"般高效篩查有效肽段。通過該模型設計的六肽TP（KGPPRR）在實驗中展現(xiàn)出驚人效力——僅需微量濃度即可完全抑制病原菌生長。 

圖2. 研究的流程。

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

圖3. 抗菌肽TP的穿膜機制和與靶蛋白的結合模式。

與傳統(tǒng)農(nóng)藥研發(fā)相比，這項AI驅動技術縮短開發(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錄，更開創(chuàng)了"計算機設計-實驗驗證-機理解析"的智能農(nóng)藥研發(fā)新模式，為全球糧食安全鑄造"數(shù)字防護盾"。

附作者簡介：

共同第一作者：冉躍，北京理工大學化學與化工學院碩士生。

共同第一作者：李森，北京理工大學化學與化工學院博士生。

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

本研究受到國家自然科學基金青年科學基金（32201053）、北京理工大學青年教師學術啟動計劃（3100012222222）資助。

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

 （審核：王振華）