Hay aproximadamente 1.100 péptidos antimicrobianos conocidos AMP con diversas secuencias que pueden impregnar las membranas microbianas. Para ayudar a descubrir el "modelo" para las secuencias naturales de AMP, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la Universidad de California, LosAngeles, ha desarrollado un nuevo enfoque de aprendizaje automático para descubrir y diseñar péptidos activos de membrana alfa-helicoidal basados en sus propiedades fisicoquímicas.
"En este trabajo, hemos entrenado un clasificador de aprendizaje automático, conocido como máquina de vectores de soporte, para reconocer la actividad de la membrana y calibrar experimentalmente la métrica de reconocimiento mediante síntesis y caracterización de péptidos", explicó Andrew Ferguson, profesor asistente de materialesciencia e ingeniería en Illinois. "Utilizamos el aprendizaje automático no solo para descubrir nuevos péptidos activos de membrana, sino también para identificar la actividad de membrana en péptidos conocidos con funciones previamente definidas que nos llevan a descubrir actividad de membrana en familias de péptidos diversas e inesperadas".
"Dado que introducir carga en una celda es importante para muchas aplicaciones, anticipamos que esta herramienta puede tener amplias implicaciones biomédicas, incluso en inmunoterapia y en péptidos antimicrobianos de membrana de amplio espectro para combatir la creciente incidencia de resistencia a los medicamentos, diseño de catiónicospéptidos que penetran en las células para la transfección de ácido nucleico en células, y en la focalización y la penetración de terapias anticancerígenas en tumores ", agregó Ferguson, quien era el investigador informático principal del proyecto.
En este trabajo colaborativo, los investigadores de Illinois desarrollaron las innovaciones computacionales, con la prueba experimental de las predicciones logradas en UCLA. Los resultados, que resaltan la diferencia entre la eficacia de un antimicrobiano y su reconocibilidad como tal, son sorprendentes.
"Los AMP no comparten una estructura central común, pero tienden a ser cortos, catiónicos y anfifílicos", dijo Ferguson. "Al entrenar a nuestro clasificador de aprendizaje automático sobre un conjunto de entrenamiento que comprende péptidos con actividad antimicrobiana conocida golpes y péptidos señuelo"sin actividad fallos, el clasificador aprendió las propiedades físicas y químicas de un péptido que hacen una buena actividad de membrana. Anticipamos que el clasificador aprendería a discriminar la 'antimicrobiana' de una secuencia de péptidos en particular, pero a través de pruebas experimentalesDe sus predicciones, encontramos que en realidad aprendió una regla mucho más general y física para discriminar los péptidos en función de la actividad de la membrana. En efecto, el clasificador aprendió la actividad de la membrana como el determinante físico subyacente de la actividad antimicrobiana dentro del conjunto de entrenamiento, y nos permite usarnuestro clasificador para descubrir péptidos activos de membrana en otras clases de péptidos diversos ".
"Utilizando la SVM como una herramienta de descubrimiento eficiente para la actividad de la membrana, realizamos una búsqueda guiada del espacio de la secuencia de péptidos para descubrir nuevos péptidos activos de membrana que serían difíciles de evolucionar para la naturaleza por simple mutación de péptidos activos de membrana alfa-helicoidales existentes.", declaró Ernest Y. Lee, primer autor del artículo," Mapeo de la actividad de la membrana en el espacio de secuencia peptídica no descubierta utilizando aprendizaje automático ", que aparece en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Lo que surge es una taxonomía diversa de secuencias que se espera que no solo sean tan activas en la membrana como los péptidos antimicrobianos conocidos, sino que también tengan una amplia gama de funciones primarias putativas más allá de la actividad antimicrobiana, incluidos neuropéptidos, proteínas de fusión viral, péptidos topogénicosy amiloides ", dijo Gerard Wong, profesor de bioingeniería en la UCLA e investigador experimental principal del estudio." Si no se hubieran descubierto sus funciones principales, estos péptidos podrían haberse clasificado como AMP. No solo la actividad de la membrana no es coextensiva con la actividad antimicrobiana, es sorprendentemente común para muchas clases de péptidos naturales como un componente de la funcionalidad multiplexada ".
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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