不用抗生素也能抗菌！AI设计新型蛋白质抵御细菌耐药性｜Nature子刊

借助人工智能（AI），研究人员成功设计出一种新型蛋白质，可有效抑制大肠杆菌等抗生素耐药菌的生长。这些蛋白质通过阻断细菌获取铁的能力，为解决全球抗生素耐药性危机提供了新思路。该研究已在《Nature Communications》发表。

澳大利亚科学家发现，大肠杆菌等致病菌依赖一种名为ChuA的外膜蛋白从宿主血红蛋白中“偷取”血红素，以获取生长所需的铁。研究团队利用AI工具设计出能与ChuA结合的蛋白质，像“分子锁”一样阻止ChuA与血红蛋白接触，从而抑制细菌生长。部分AI设计的蛋白质在低纳摩尔浓度下即可发挥作用，效力媲美传统抗菌药物。

该研究由Gavin Knott教授和Rhys Grinter博士领衔，他们开发了澳大利亚首个端到端AI蛋白质设计平台，灵感源自诺奖得主David Baker的工作。这一平台使用免费开源的AI工具，让更多科研人员能够参与蛋白质设计研究，推动领域发展。

研究团队首先通过冷冻电镜和X射线晶体学解析了ChuA的作用机制，发现它通过特定组氨酸残基与血红蛋白结合。随后，他们利用AI算法（如RFdiffusion和ProteinMPNN）设计了一系列特异性结合ChuA的蛋白质。仅筛选96个设计蛋白，就找到了多个高效抑制剂，其中抑制剂G7的IC50值低至42.5nM。

这种“饿死细菌”的策略不同于传统抗生素直接杀灭细菌的方式，通过阻断细菌获取必需营养物质来抑制其生长，大幅降低了细菌产生耐药性的风险。此外，这些蛋白质具有高度特异性，仅影响ChuA的功能，对其他无关蛋白无干扰。

近年来，AI在蛋白质合成领域取得显著进展。例如，DeepMind的AlphaFold2解决了蛋白质折叠难题，华盛顿大学的RoseTTAFold和Meta的ESMFold进一步加速了结构预测工具的发展。如今，AI不仅能预测蛋白质结构，还能设计全新功能蛋白，开启了“AI造蛋白”时代。

未来，AI驱动的精准蛋白质设计有望重塑抗菌药物研发模式，为按需定制治疗方案提供可能。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60612-9
参考链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250710113152.htm