2025年3月14日，西湖大學(xué)理學(xué)院王懷民團(tuán)隊(duì)與生命科學(xué)學(xué)院黃晶團(tuán)隊(duì)合作，在Nature子刊Nature Materials上發(fā)表了題為“De novo design of self-assembling peptides with antimicrobial activity guided by deep learning” 的研究論文，該研究報(bào)告了一種基于深度學(xué)習(xí)的遷移學(xué)習(xí)模型——TransSAFP，從頭設(shè)計(jì)了具有抗菌活性的新型SAFP，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前的細(xì)菌耐藥性問題。

該方法整合了非天然氨基酸用于增強(qiáng)的肽自組裝，并有效地預(yù)測(cè)了具有最小實(shí)驗(yàn)注釋的自組裝肽材料的功能活性。所設(shè)計(jì)的自組裝肽前導(dǎo)肽在小鼠體內(nèi)顯示出優(yōu)異的抗腸道細(xì)菌感染的治療效果。

此外，它表現(xiàn)出增強(qiáng)的生物膜根除能力，并且不會(huì)誘導(dǎo)獲得性耐藥性。機(jī)理研究表明，設(shè)計(jì)的SAFP p45能夠在細(xì)菌膜表面自組裝為納米纖維結(jié)構(gòu)，通過物理方式破壞其膜結(jié)構(gòu)，從而殺滅細(xì)菌，避免了傳統(tǒng)抗生素的靶點(diǎn)依賴性耐藥機(jī)制。

文章中利用細(xì)菌外膜透性實(shí)驗(yàn)（NPN法）來檢測(cè)細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性變化，從而研究細(xì)菌的生理狀態(tài)和對(duì)外界環(huán)境的響應(yīng)。如果細(xì)胞外膜通透性增加，NPN進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，熒光強(qiáng)度會(huì)增加?。

具體實(shí)驗(yàn)流程是：

鼠傷寒沙門氏菌在BHIB中培養(yǎng)至595nm處的光密度（OD595）為0.8，將細(xì)菌溶液以7000rpm（9860g）離心5分鐘，去除上清，用PBS重并洗滌三次。將50μl NPN溶液（40μM）加入96孔板中的50μl細(xì)菌溶液中，p45組加入100ul2X濃度的肽溶液，Control組加入100ulPBS。

信號(hào)檢測(cè)采用Varioskan LUX (Thermofisher)，配備有熒光動(dòng)力學(xué)檢測(cè)功能，使用以下設(shè)置：

檢測(cè)溫度：37℃；

總測(cè)量時(shí)間：30min；

激發(fā)光波長(zhǎng)：350nm；

發(fā)射光波長(zhǎng)：420nm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：p45中斷鼠傷寒沙門氏菌外膜的完整性，導(dǎo)致NPN熒光信號(hào)隨時(shí)間增加。

接著研究者做了生物膜形成和消除實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)流程是：

鼠傷寒沙門氏菌首先在平底96孔板中培養(yǎng)三天，每隔24h將96孔板中菌液倒出，用PBS洗滌三次以洗去未形成生物膜的菌體。用200μl的p45肽溶液浸泡4小時(shí)后用PBS洗滌以去除肽和浮游細(xì)菌。同時(shí)，將經(jīng)PBS處理的生物膜設(shè)置為陰性對(duì)照，將空孔定義為陽性對(duì)照。加入100μL0.1%結(jié)晶紫溶液，靜止10min使生物膜充分染色。吸出結(jié)晶紫溶液，用PBS洗滌三次。向培養(yǎng)孔中加入100μL90%乙醇溶液，靜止10min充分溶解結(jié)晶紫。在595nm處測(cè)量每個(gè)孔所得的溶液吸光度。信號(hào)檢測(cè)采用Varioskan LUX (Thermofisher)。

相對(duì)生物膜質(zhì)量通過以下公式計(jì)算：

相對(duì)生物膜質(zhì)量=（OD?OD陽性對(duì)照）/（OD陰性對(duì)照?OD陽性對(duì)照）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：已建立的生物膜經(jīng)過p45處理4小時(shí)后幾乎完全消除，與對(duì)照組相比P＜0.0001，而CIp環(huán)丙沙星組約90%的生物膜在治療后仍然存在。