近日，我所能源研究技術(shù)平臺(tái)（DNL20）靳艷研究員團(tuán)隊(duì)與大連工業(yè)大學(xué)劉俐副教授團(tuán)隊(duì)、國(guó)家乳業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心何劍正高級(jí)工程師團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展了一種基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的乳源抗菌肽篩選新方法。團(tuán)隊(duì)利用該方法從母乳中篩選獲得了新結(jié)構(gòu)抗菌肽，并揭示了母乳初乳和成熟乳中抗菌肽的分布規(guī)律。
世界衛(wèi)生組織（WHO）和中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)等國(guó)內(nèi)外權(quán)威組織機(jī)構(gòu)均提出——母乳是嬰兒最理想的食物，是“無(wú)可替代的黃金標(biāo)準(zhǔn)”。為滿(mǎn)足嬰兒健康需求，部分母乳蛋白質(zhì)在母體內(nèi)降解為內(nèi)源肽。母乳內(nèi)源肽具有抗菌、抗炎、抗氧化等生物功能，其中抗菌肽對(duì)構(gòu)建嬰兒免疫系具有重要的作用，研究母乳內(nèi)源肽及其功能對(duì)于嬰兒健康營(yíng)養(yǎng)研究具有重要意義。然而，由于乳源肽的特殊性及樣品來(lái)源受限等問(wèn)題，從母乳中高通量篩選抗菌肽面臨挑戰(zhàn)。
本工作中，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于輕量梯度提升機(jī)（Light Gradient Boosting Machine,LightGBM）、長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（Long Short-Term Memory,LSTM）和注意力機(jī)制（Attention Mechanism）算法的乳源抗菌肽預(yù)測(cè)模型（DeepMAMP），在獨(dú)立測(cè)試集中對(duì)乳源抗菌肽的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率可達(dá)81.4％，高于現(xiàn)有抗菌肽預(yù)測(cè)模型。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)利用DeepMAMP 對(duì)LC-MS/MS分析的45位產(chǎn)婦的初乳和成熟乳中的內(nèi)源肽進(jìn)行預(yù)測(cè)，從源于母乳β-酪蛋白（β-Casein）和乳鐵蛋白（Lactotransferrin）的1028條內(nèi)源肽中篩選到311條潛在抗菌活性肽，對(duì)其中6條新結(jié)構(gòu)肽進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)其中5條肽對(duì)革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性病原菌均具有抑制活性。研究還發(fā)現(xiàn)，母乳中初乳比成熟乳含有更為豐富的抗菌肽，表明初乳對(duì)嬰兒早期免疫系統(tǒng)的重要作用。
靳艷團(tuán)隊(duì)一直聚焦于食源性功能肽的研究，建立了復(fù)雜體系中功能肽的篩選及制備技術(shù)，針對(duì)乳品（J Proteomics，2016；Food Biosci.，2019；J. Agric. Food Chem.，2021；Food Chem.，2023；Food Chem.，2024）、鹿茸（Food Res Int.，2017）、大曲（J Proteomics，2023；Int J Food Sci Tech.，2023）等體系開(kāi)展系統(tǒng)研究。近年來(lái)，靳艷團(tuán)隊(duì)將人工智能與組學(xué)技術(shù)相結(jié)合，提高了功能肽篩選效率，本工作開(kāi)發(fā)的DeepMAMP模型與已建立的苦味肽預(yù)測(cè)模型CPM-BP（Food Chem.，2024），有望進(jìn)一步完善功能肽高通量篩選體系。
相關(guān)研究成果以“Discovery of milk-derived antimicrobial peptides in human milk by DeepMAMP based on peptidomics technology and deep learning method”為題，于近日發(fā)表在《食品化學(xué)》（Food Chemistry）上。該工作的共同第一作者是我所DNL20于文皓助理工程師、于洋工程師和已畢業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生張新晨。上述工作得到國(guó)家乳業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心科研攻關(guān)項(xiàng)目、大連醫(yī)科大學(xué)-大連化學(xué)物理研究所聯(lián)合創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。（文/圖 于洋）
