人工智能有助于提供最完整的细菌生存关键相互作用图

阿拉巴马大学研究人员绘制了最完整的细菌必需相互作用图谱，即蛋白质如何结合和相互作用以执行其生存所必需的功能。这项研究发表在《eLife》杂志上，使用人工智能工具AlphaFold来预测和建模1,400多种交互。结果揭示了这些机制以前未知的细节，并为新抗生素的开发提供了潜在的目标。

细菌执行许多对其生存至关重要的功能，例如产生所需能量、DNA复制和细胞分裂以进行繁殖，或者合成细胞膜以保护自身并与环境相互作用等。所有这些过程都涉及需要一组重要蛋白质协调作用的复合物：没有它们，这些过程就不会发生，细菌也会死亡。

因此，详细了解这些基本过程是如何调节的、涉及哪些蛋白质以及它们如何相互作用对于了解细菌生长、繁殖和生存的机制至关重要。

迄今为止所采用的实验技术已经能够识别蛋白质之间的数百万种相互作用以及这些蛋白质的数千种结构，但这些都是原始数据，会产生大量误报;事实上，这些互动是没有价值的。

利用最近开发的，例如AlphaFold2，已经可以以与实验方法相似的精度获得蛋白质结构，并区分真正的蛋白质-蛋白质相互作用和假相互作用(假阳性)。

巴塞罗那自治大学生物化学和分子生物学系的研究人员使用AlphaFold2来预测对细菌生存至关重要的一组蛋白质-蛋白质相互作用，总共1,402种可能的相互作用构成了所谓细菌必需相互作用组的最完整图谱。

所有这些相互作用扩展了我们对细菌生存所需作用机制的了解，并使我们能够确定哪些蛋白质-蛋白质相互作用可能是开发新抗生素的目标。

“我们获得了细菌必需相互作用组的图谱，其中收集了细菌生存和繁殖所必需的所有相互作用。我们使用新的人工智能工具，特别是AlphaFold，从结构上表征了这些相互作用，”UAB讲师MarcTorrent解释道，研究主任。“我们相信这些结构可以为新抗生素的开发提供参考，因为能够抑制这些相互作用的分子会像抗生素一样具有不寻常的作用机制。”

细菌活性涉及4,000至5,000种蛋白质。该组称为细菌蛋白质组，产生的相互作用组可能有多达2000万种可能的相互作用。但据估计，一个物种(例如大肠杆菌)中发生的相互作用仅限于约12,000种。并非所有这些相互作用对于细菌的生存都是必需的。

为了区分必要的相互作用，研究人员仅考虑了那些相互作用形成复合物的两种蛋白质存在于至少两种不同细菌物种中的蛋白质。借助这些过滤器以及AlphaFold2的帮助，研究人员获得了一组1,402个重要的蛋白质-蛋白质相互作用。

人工智能卓越的预测能力

为了测试AlphaFold2的可靠性，研究小组将其预测与事先通过实验获得的140个蛋白质-蛋白质相互作用进行了比较。结果是作者描述的预测能力非常出色，因为人工智能非常准确地预测了这些实验交互中的113种(81%)。

研究人员认为，在实验数据库中发现的许多蛋白质-蛋白质相互作用复合物可能是假阳性。

新的、以前未知的必需蛋白质复合物

研究人员强调，使用这种方法发现了一组以前未知的蛋白质-蛋白质相互作用，这些相互作用在九个基本过程中发挥作用：细胞膜中的脂肪酸生物合成、外膜中的脂多糖合成、脂质转运、蛋白质和脂蛋白转运外膜、细胞分裂、杆菌细长形状的维持、细菌繁殖的DNA复制以及泛醌合成。

对这些新发现的蛋白质复合物结构的详细了解为了解这些重要细菌过程中涉及的分子机制提供了新的见解，并为新抗生素的开发铺平了道路。