抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法及抗菌肽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于多肽設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及多肽的抗菌活性預(yù)測方法及抗菌肽。本發(fā)明的目的是克服目前抗菌肽抗菌活性預(yù)測相對復(fù)雜，不具備操作性的缺點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提供抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法。該方法獲取已知的抗菌肽序列及其抗菌活性數(shù)據(jù)，計算得到每個氨基酸在每個位置時對整段抗菌肽活性的貢獻(xiàn)值，根據(jù)該貢獻(xiàn)值建立預(yù)測模型；最后將需要預(yù)測的多肽氨基酸序列代入標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測模型，得到抗菌活性預(yù)測值。使用該活性預(yù)測方法可以預(yù)測隨機(jī)獲得的多肽的抗菌活性。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上獲得了一類具有廣譜抗菌活性的多肽，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法及抗菌肽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多肽設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及多肽的抗菌活性預(yù)測及抗菌肽。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，細(xì)菌性感染和疾病呈上升趨勢，細(xì)菌耐藥性的形成是一個重要的原因。由耐藥性細(xì)菌，如耐藥性結(jié)核桿菌、大腸桿菌和被稱為“超級細(xì)菌”耐甲氧西林金葡菌(MRSA)等對人和動物造成的危害日趨嚴(yán)重?？咕啬退幮缘穆涌赡軙股蟼€世紀(jì)藥物治療方面的許多突破不復(fù)存在。傳染性病原體對目前使用的藥物已產(chǎn)生越來越強(qiáng)的耐藥性，但至今尚未開發(fā)出足夠的藥物解決這一問題。因此，許多傳染病可能有一天會變得無法控制，并可在世界各地迅速蔓延。耐藥性細(xì)菌的出現(xiàn)致使現(xiàn)有抗菌藥物對細(xì)菌感染治療的療效低下或無效，形成的危害日益嚴(yán)重。隨著現(xiàn)有藥物耐藥性問題日趨嚴(yán)重，抗生素管道瀕臨枯竭，迫切需要開發(fā)出新型的抗菌制劑?？蒲泄ぷ髡邆冋で笮碌目咕呗?，這些策略包括:合理應(yīng)用抗生素；改造現(xiàn)有抗生素或研發(fā)新的抗生素；微生態(tài)制劑的研究與應(yīng)用；噬菌體制劑研究與應(yīng)用；中草藥細(xì)菌耐藥抑制劑研究與應(yīng)用；抗菌肽研究與應(yīng)用等。其中高效、低毒、廣譜的抗菌肽作為最有希望代替抗生素的新藥制劑倍受國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注，成為當(dāng)iu的研究熱點(diǎn)。
[0003]抗菌肽一般由生物體內(nèi)各器官產(chǎn)生來抵抗微生物感染，并且許多抗菌肽都具有免疫調(diào)節(jié)作用。為了增強(qiáng)抗菌肽的抗菌作用與免疫調(diào)節(jié)作用，緩解各類菌種日益增強(qiáng)的耐藥性，科學(xué)家們發(fā)展了許多設(shè)計合成或改造天然抗菌肽的方法。雖然不同的抗菌肽有多種長度、氨基酸組成或二級結(jié)構(gòu)等特征，但在兩親性、電荷性等方面具有相似性，并可能有其它一些無法直觀尋找的共同特征，這些特征對抗菌肽的抗菌活性可能都具有重大影響?；诖耍茖W(xué)家們建立了許多生物信息學(xué)工具與預(yù)測方法來尋找與抗菌肽活性相關(guān)的規(guī)律，大多數(shù)的方法都在一定程度上與高活性抗菌肽的相似性有關(guān)。
[0004]當(dāng)優(yōu)化一個已經(jīng)具有較好的抗菌活性的抗菌肽時，進(jìn)行序列上的大幅度改變往往會造成抗菌活性的巨大變化，并由于其中的變量太多而難以確定影響活性的因素。而只改變少量的氨基酸時，由于兩者的序列相似度太高，大部分活性預(yù)測方法都不能很好的區(qū)分兩者的活性。為了解決以上問題并尋找一個預(yù)測方法能夠辨別相似度較高的多肽序列并能成功對對現(xiàn)有多肽進(jìn)行改造或者直接判斷新構(gòu)建多肽的抗菌活性，是本領(lǐng)域目前亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服目前抗菌肽抗菌活性預(yù)測相對復(fù)雜，不具備操作性的缺點(diǎn)，提供一種抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟1、獲取已知的抗菌肽序列及其抗菌活性數(shù)據(jù)，并對所有抗菌肽的抗菌活性數(shù)據(jù)采用抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化換算得到抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，隨機(jī)選取其中一部分的抗菌肽序列及其抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值作為訓(xùn)練集，將剩余部分的抗菌肽序列及其抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值作為測試集；
[0008]步驟2、將訓(xùn)練集的抗菌肽序列轉(zhuǎn)換為由氨基酸在抗菌肽中的位置及氨基酸名稱構(gòu)成的氨基酸矩陣；
[0009]步驟3、根據(jù)訓(xùn)練集的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與氨基酸矩陣，計算得到每個氨基酸在每個位置時對整段抗菌肽活性的貢獻(xiàn)值，根據(jù)該貢獻(xiàn)值建立預(yù)測模型；
[0010]步驟4、將測試集代入預(yù)測模型，計算得到預(yù)測活性值；
[0011]步驟5、計算所有預(yù)測活性值與測試集的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值的線性關(guān)系，比較其回歸系數(shù)，選擇至少兩個回歸系數(shù)最大的預(yù)測模型，作為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測模型；
[0012]步驟6、將需要預(yù)測的多肽氨基酸序列代入標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測模型，得到抗菌活性預(yù)測值。
[0013]具體的，步驟I中，所述抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化換算的方法為:將抗菌活性數(shù)據(jù)中以質(zhì)量多少來體現(xiàn)活性強(qiáng)弱的mg/L為單位的IC50值換算成以能體現(xiàn)單個多肽活性的單位摩爾每升(M/L)的活性值，再將該活性值轉(zhuǎn)換為越大越好且線性分布的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。
[0014]進(jìn)一步的，所述抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化換算的公式為:f (a) = -ln(a/KX 10_3),其中，f(a)為抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，a為該抗菌肽的IC50值，單位為mg/L，K為該抗菌肽的分子量，單位為mol/kg。
[0015]具體的，步驟3中，所述根據(jù)訓(xùn)練集的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與氨基酸矩陣，計算得到每個氨基酸在每個位置時對整段抗菌肽活性的貢獻(xiàn)值的方法為:采用公式
【權(quán)利要求】
1.抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、獲取已知的抗菌肽序列及其抗菌活性數(shù)據(jù)，并對所有抗菌肽的抗菌活性數(shù)據(jù)采用抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化換算得到抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，隨機(jī)選取其中一部分的抗菌肽序列及其抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值作為訓(xùn)練集，將剩余部分的抗菌肽序列及其抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值作為測試集； 步驟2、將訓(xùn)練集的抗菌肽序列轉(zhuǎn)換為由氨基酸在抗菌肽中的位置及氨基酸名稱構(gòu)成的氨基酸矩陣； 步驟3、根據(jù)訓(xùn)練集的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與氨基酸矩陣，計算得到每個氨基酸在每個位置時對整段抗菌肽活性的貢獻(xiàn)值，根據(jù)該貢獻(xiàn)值建立預(yù)測模型； 步驟4、將測試集代入預(yù)測模型，計算得到預(yù)測活性值； 步驟5、計算所有預(yù)測活性值與測試集的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值的線性關(guān)系，比較其回歸系數(shù)，選擇至少兩個回歸系數(shù)最大的預(yù)測模型，作為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測模型； 步驟6、將需要預(yù)測的多肽氨基酸序列代入標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測模型，得到抗菌活性預(yù)測值。
2.如權(quán)利要求1所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，步驟I中，所述抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化換算的方法為:將抗菌活性數(shù)據(jù)中以質(zhì)量多少來體現(xiàn)活性強(qiáng)弱的mg/L為單位的IC50值換算成以能體現(xiàn)單個多肽活性的單位為摩爾每升的活性值，再將該活性值轉(zhuǎn)換為越大越好且線性分布 的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，所述抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化換算的公式為:f(a) = _ln(a/KX10_3)，其中，f(a)為抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，a為該抗菌肽的IC50值，單位為mg/L，K為該抗菌肽的分子量，單位為mol/kg。
4.如權(quán)利要求3所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中，所述根據(jù)訓(xùn)練集的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與氨基酸矩陣，計算得到每個氨基酸在每個位置時對整段抗菌n肽活性的貢獻(xiàn)值的方法為:采用公式--0 = Σ(β.?χ?)進(jìn)行計算,其中，η為該抗菌肽肽鏈的J=I氨基酸個數(shù)，I的取值范圍為任意20個值，每一個值代表20種天然氨基酸中的一種氨基酸，j為該i氨基酸在該抗菌肽中的從氮端到碳端的位置，取值范圍為I到η之間的正整數(shù)；Bj為該抗菌肽中j位置氨基酸的常系數(shù)，當(dāng)該j位置有氨基酸時，Bj為1，當(dāng)該j位置無氨基酸時，Bj為O ;Xij為i氨基酸在抗菌肽中j位置時對整段抗菌肽活性的貢獻(xiàn)值。
5.如權(quán)利要求4所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中，若由于已知f(a)的數(shù)量不足夠解出所有的Xij時，根據(jù)氨基酸的性質(zhì)，將性質(zhì)最相近的氨基酸所代表的Xij進(jìn)行最少的合并后計算。
6.如權(quán)利要求5所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，所述性質(zhì)包括帶電荷性及親水性。
7.如權(quán)利要求1所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，步驟I中，所述隨機(jī)選取其中一部分的抗菌肽序列及其抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值作為訓(xùn)練集是指隨機(jī)選取其中80%~90%的抗菌肽序列及其抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值作為訓(xùn)練集。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，還具有以下步驟:步驟7、對需要預(yù)測的多肽序列，根據(jù)其每個氨基酸自身的電荷大小，計算該抗菌肽的等電點(diǎn)值，篩選出合適等電點(diǎn)值的抗菌肽。
9.如權(quán)利要求3所述的抗菌肽抗菌活性預(yù)測方法，其特征在于，步驟7中，所述合適等電點(diǎn)值為11~13。
10.多肽，其特征在于具有如下所示的氨基酸序列:
V-Q-W-R-1-R-X1-X2-V-1-R-X3，其中 Xl = I 或 V，X2 = A 或 C，X3 = A、R 或 K ; 或者:
V-Q-L-R-1-R-V-X4-V-1-R-X5，其中 X4 = A 或 C，X5 = R 或 K。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多肽，其特征在于氨基酸序列為下表中SEQID N0.1~SEQIDN0.16任一條氨基酸序列所示:

12.權(quán)利要求10或11所述的多肽在制備抗菌藥物中的用途。
13.由權(quán)利要求10或11所述的多肽為主要活性成分制成的抗細(xì)菌或抗真菌的藥物。
【文檔編號】C07K7/08GK104036155SQ201410241068
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】楊莉, 王震玲, 何谷, 魏于全 申請人:四川大學(xué)