跳动城乡网人类肠道内平均含有约 100 万亿个微生物，其中许多微生物都在不断争夺有限的资源。“环境太恶劣了，”塞萨尔·德拉富恩特 (César de la Fuente) 说道。他是工程与应用科学学院生物工程和化学与生物分子工程系、佩雷尔曼医学院精神病学和微生物学系以及艺术与科学学院化学系的校长助理教授。
“所有这些细菌共存，但又相互争斗。这样的环境可能会促进创新。”
在这场冲突中，de la Fuente 的实验室看到了开发新型抗生素的潜力，这些抗生素有朝一日可能会为人类自身对抗耐药细菌的防御储备做出贡献。毕竟，如果人类肠道中的细菌必须开发出新的工具来对抗其他细菌以求生存，那么为什么不使用它们自己的武器来对付它们呢?
在《细胞》杂志的一篇论文中，de la Fuente 和斯坦福大学医学(血液学)和遗传学教授 Ami S. Bhatt 的实验室调查了近 2,000 人的肠道微生物组，发现了数十种潜在的新抗生素。
“我们认为生物学是一种信息来源，”de la Fuente 说。“一切都只是代码。如果我们能想出能够对代码进行分类的算法，我们就能大大加快抗生素的发现。”
近年来，德拉富恩特实验室因在各地找到候选抗生素而成为头条新闻，从尼安德特人和猛犸象等灭绝生物的基因信息，到实验室利用人工智能分析其遗传物质的大量细菌。
德拉富恩特说：“我们的主要目标之一是挖掘世界生物信息作为抗生素和其他有用分子的来源。”
“我们不再依赖传统的、费力的方法来收集土壤或水样并纯化活性化合物，而是利用基因组、宏基因组和蛋白质组中的大量生物数据。这使我们能够以数字速度发现新的抗生素。”
鉴于细菌进化速度很快，de la Fuente 和他的合著者推测，鼓励竞争的环境(如人类肠道)可能蕴藏着大量未被发现的抗菌化合物。de la Fuente 指出：“当资源匮乏时，生物学才能真正提出创新的解决方案。”
宾夕法尼亚大学工程学院和斯坦福大学的研究人员利用人工智能分析近 2,000 种不类肠道微生物群的基因序列，帮助识别出数十种潜在的抗生素候选药物。图片来源：Cesar de la Fuente、Ami S. Bhatt
该团队专注于研究肽类，即短链氨基酸，它们之前已显示出作为新型抗生素的前景。
德拉富恩特说：“我们通过计算挖掘了超过 400,000 种蛋白质。”他指的是人工智能读取遗传密码的过程，并在对一组已知抗生素进行训练后，预测哪些基因序列可能具有抗菌特性。
“有趣的是，这些分子的组成与传统抗菌剂不同，”de la Fuente 实验室的研究员、论文第一作者 Marcelo DT Torres 说道。“我们发现的化合物构成了一个新类别，它们的独特性质将有助于我们理解和扩展抗菌剂的序列空间。”
