一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法与应用技术

本发明专利技术涉及生物技术领域，具体涉及一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法与应用。本发明专利技术的技术方案包括以下步骤：以自然界存在的或人工设计的碱基序列或氨基酸序列为基础，计算氨基酸序列的各理化及结构参数值，同时综合利用多种限定条件进行分级筛选，再对得到的多肽序列进行评估分析，筛选出具有抗菌活性的抗菌肽序列。本发明专利技术通过59个参数的部分或者全部参数筛选抗菌肽，并通过MD Index评分系统后获得活性较好的抗菌肽，该方法能够高效快速地筛选出抗菌肽，以解决目前通过生物体内分离提取抗菌肽流程复杂、成本高、效率低、成功率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法与应用
本专利技术涉及生物
，具体涉及一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法与应用。
技术介绍
：抗生素，是指由微生物(包括细菌、真菌、放线菌属)或动植物所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能抑制或阻断病原体的生长和繁殖(KazemiR,AliabadiMA,ChakoosariMMD.AntibioticResistanceofLacticAcidBacteria:AReview[J].ScientificJournalofMicrobiology,2013,11(2):201-206.)。对于预防和治疗感染引起疾病具有不可替代的作用。然而随着在临床和农牧业生产中长期大剂量地使用抗生素，微生物的耐药性不断增强。多重耐药菌已经成为威胁人类健康严重问题。临床上常见的多重耐药菌主要有鲍曼不动杆菌(Acinetobacterbaumannii),铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa),肺炎克雷伯菌(klebsiellapneumoniae),大肠埃希菌(Escherichiacoli)等。为了更有效地对抗耐药菌和多重耐药菌，寻找不易使病原微生物产生耐药性的新型抗生素已经成为全球抗生素领域的一个热点问题(Savage,PaulB.Multidrug-resistantbacteria:overcomingantibioticpermeabilitybarriersofGram-negativebacteria[J].AnnalsofMedicine,2001,33(3):167-171.BrownC,AlhassanAN.Multiple-antibiotic-resistantbacteriafromcockroachestrappedfromapublichospitalandanearbystudents’hostelinAccra,Ghana[J].InternationalJournalofBiological&ChemicalSciences,2015,8(4):1859-1864.)抗菌肽(Antimicrobialpeptides，AMPs)是一类具有抗菌活性的碱性多肽物质，典型的抗菌肽一般由5～50个氨基酸组成，广泛存在于从简单的原核生物到复杂的真核生物中。抗菌肽一般由生物体的免疫防御系统抵御外界病原体侵袭时分泌，是生物体免疫防御系统的重要组成部分。抗菌肽具有广谱抗菌活性，对细菌有很强的杀伤作用，尤其是其对某些耐药性病原菌的杀灭作用，并且不易诱发病原微生物产生耐药性，这些特征提高了人们对抗菌肽领域的关注(KangHK,KimC,SeoCH,etal.Thetherapeuticapplicationsofantimicrobialpeptides(AMPs):apatentreview[J].JournalofMicrobiology,2017,55(1):1-12.KosikowskaP,LesnerA.Antimicrobialpeptides(AMPs)asdrugcandidates:apatentreview(2003–2015)[J].ExpertOpiniononTherapeuticPatents,2016,26(6).)尽管抗菌肽存在广阔的应用前景，但由于对抗菌肽的研究相对较晚，其作用机制、活性及稳定性的提高和毒性的降低等诸多方面的研究还有待深入。国内外大部分的研究仍处于临床前阶段，临床应用的抗菌肽相对较少。如何高效的发现更多的高活性、高稳定性和低毒性的抗菌肽也是目前研究的热点之一。传统抗菌肽多数是从微生物或动植物体内分离得到，分离过程操作繁琐、流程长、成本高，且容易使一些抗菌肽的活性受到影响。随着对抗菌肽活性和相关理化性质的研究不断积累以及生物信息学技术的发展，通过对生物基因组的分析进行抗菌肽挖掘和筛选从理论上变得可行。但到目前为止，尚未见到高效且系统的挖掘筛选方法的相关报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是：提供一种能够高效地获得抗菌肽的筛选方法。本专利技术所要解决的第二个技术问题是：提供至少一种能够有效抗菌的人工合成肽。本专利技术所要解决的第三个技术问题是：提供至少一种上述抗菌肽的应用。为解决上述第一个技术问题，本专利技术的技术方案为：一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法，包括以下步骤：以自然界存在的或人工设计的碱基序列或氨基酸序列为基础，计算氨基酸序列的各理化及结构参数值，同时综合利用多种限定条件进行分级筛选，再对得到的多肽序列进行评估分析，筛选出具有抗菌活性的抗菌肽序列。进一步地，进行分级筛选所利用的多种限定条件包括59个参数的部分或者全部参数，并根据需要设置参数筛选保留值范围。所述的59个参数如下：参数1：净电荷(P1:NetCharge)、参数2：等电点(P2:pI)、参数3:长度(P3:Length)、参数4:MF均一化线性力矩(P4:NLM-MF)、参数5:α螺旋指数(P5:α-HelixIndex)、参数6:HW疏水力(P6:H-HW)、参数7:HW均一化线性力矩(P7:NLM-HW)、参数8:WW均一化线性力矩(P8:NLM-WW)、参数9:UH均一化线性力矩(P9:NLM-UH)、参数10:疏水力矩(P10:HM)、参数11:EW均一化线性力矩(P11：NLM-EW)、参数12:KD均一化线性力矩(P12:NLM-KD)、参数13:EW疏水力矩(P13：HM-EW)、参数14：(P14)Oct-IFIndex、参数15：非均一化伯曼指数(BomanIndexII)、参数16：Oct指数(P16：OctanolIndex)、参数17：MF疏水力矩(HM-MF)、参数18：UH疏水力矩(HM-UH)、参数19：UH疏水力(H-UH)、参数20：HW疏水力矩(HM-HW)、参数21：KD疏水力矩(HM-KD)、参数22：平均净电荷(N.Charge)、参数23：WW疏水力矩(HM-WW)、参数24：无序化指数(DisorderingIndex)、参数25：HW线性力矩(P25:LM-HW)、参数26：WW线性力矩(P26:LM-WW)、参数27：非均一化疏水力(P27:HydrophobicityIndexII，H2)、参数28：界面疏水力指数(P28:InterfacialHydrophobicity(IF)Index)、参数29：UH线性力矩(P29:LM-UH)、参数30：MF均一化疏水力(P30:NH-MF)、参数31：MF线性力矩(P31:LM-MF)、参数32：均一化疏水力(P32:HydrophobicityIndex，H)、参数33：总亲水性(P33:GrandHydropathy，G2)参数34：伯曼指数(P34:Bomanindex)、参数35：TM指数(P35：TransloconTMIndex(TM))、参数36：KD线性力矩(P36:LM-KD)、参数37：EW线性力矩(P37:LM-EW)、参数38：N.Oct指数(P38：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法，其特征在于：包括以下步骤：以自然界存在的或人工设计的碱基序列或氨基酸序列为基础，综合利用多种和抗菌活性相关的理化参数或结构参数对肽进行分级筛选，再对得到的多肽序列进行评估分析，筛选出具有抗菌活性的人工合成抗菌肽序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法，其特征在于：包括以下步骤：以自然界存在的或人工设计的碱基序列或氨基酸序列为基础，综合利用多种和抗菌活性相关的理化参数或结构参数对肽进行分级筛选，再对得到的多肽序列进行评估分析，筛选出具有抗菌活性的人工合成抗菌肽序列。


2.根据权利要求1所述的一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法，其特征在于：所述的理化参数或结构参数为：P1：静电荷、P2：等电点、P3：长度、P4：MF均一化线性力矩、P5：α螺旋指数、P6：HW疏水力、P7：HW均一化线性力矩、P8：WW均一化线性力矩、P9：UH均一化线性力矩、P10：疏水力矩、P11：EW均一化线性力矩、P12：KD均一化线性力矩、P13：EW疏水力矩、P14：Oct-IF指数、P15：非均一化伯曼指数、P16：Oct指数、P17：MF疏水力矩、P18：UH疏水力矩、P19：UH疏水力、P20：HW疏水力矩、P21：KD疏水力矩、P22：平均静电荷、P23：WW疏水力矩、P24：无序化指数、P25：HW线性力矩、P26：WW线性力矩、P27：非均一化疏水力、P28：界面疏水力指数、P29：UH线性力矩、P30：MF均一化疏水力、P31：MF线性力矩、P32：均一化疏水力、P33：总亲水性、P34：伯曼指数、P35：TM指数、P36：KD线性力矩、P37：EW线性力矩、P38：N.Oct指数、P39：总平均亲水性、P40：HW均一化疏水力、P41：均一化Oct-IF指数、P42：均一化界面疏水力指数、P43：UH均一化疏水力、P44：MF疏水力、P45：氨基酸平均聚集倾向、P46：穿透深度指数、P47：穿透角度指数、P48：非均一化脂溶性指数、P49：脂溶性指数、P50：不稳定性指数2、P51：非均一化不稳定性指数、P52：α螺旋指数2、P53：α螺旋破坏子指数、P54：均一化α螺旋破坏子指数、P55：聚集指数T、P56：连续2个同种电荷、P57：连续α螺旋破坏子指数、P58：连续3个同种电荷、P59：二硫键指数。


3.根据权利要求2所述的一种高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法，其特征在于：所述的理化参数和结构参数的取值范围为：P1≥5.0、P2≥10、P3:15～50、P4≤1.8、P5≥20、P6≥20、P7≤1.6、P8≤1.6、P9≤1.8、P10≥0.5、P11≤1.8、P12≤1.5、P13≥10、P14≥8.0、P15≤-20、P16≥10、P17≥20、P18≥4.0、P19≥2.0、P20≥10、P21≥30、P22≥0.2、P23≥14、P24≤0、P25≤0.26、P26≤0.26、P27≤-2.0、P28≥2.0、P29≤0.26、P30≥0.2、P31≤0.24、P32≤-0.1、P33≤-5.0、P34≥0.5、P35≥6.0、P36≤0.25、P37≤0.3、P38≥60、P39≤0.2、P40≥1.0、P41≥40、P42≥10、P43≥0.1、P44≥4.0、P45≤0.1、P46：10～18、P47:75～105、P48≥18、P49≤130、P50≥40、P51≥10、P52≥0、P53≤10、P54≤30、P55≤0.5、P56≤2、P57≤0.2、P58＝0、P59≤0.5。


4.根据权利要求1所述的高通量挖掘和筛选抗菌肽的方法，其特征在于：所述评估分析采用MDIndex评分系统的算法；
利用公式1和各参数的最大值与最小值对各参数的实际计算值进行min-max归一化,从而得到各参数的归一化值Parametern’，公式1如下：
Parametern’＝(Parametern-Parametermin)÷(Parametermax-Parametermin)(公式1)
公式中各变量的含义如下：
Parametern’：参数n’，参数n的归一化值；
Parametern：参数n的计算值；
Parametermin：参数极值范围的最小值；
Parametermax：参数极值范围的最大值；
所述MDIndex评分系统公式，如下：
MDIndex＝42.7094+14.8456×(P1'×0.4477+P2'×0.3463+P3'×0.3314-P4'×0.3266+P5'×0.3195+P6'×0.3146-P7'×0.314-P8'×0.3077-P9'×0.294+P10'×0.2911-P11'×0.2863-P12'×0.2778+P13'×0.2708+P14'×0.2697-P15'×0.256+P16'×0.2559+P17'×0.2531+P18'×0.2518+P19'×0.2396+P20'×0.2388+P21'×0.2271+P22'×0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张怡轩，刘立成，
申请(专利权)人：沈阳药科大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21