人类肠道内平均含有约 100 万亿个微生物，其中许多微生物都在不断争夺有限的资源。“环境太恶劣了，”塞萨尔·德拉富恩特 (César de la Fuente) 说道。他是工程与应用科学学院生物工程和化学与生物分子工程系、佩雷尔曼医学院精神病学和微生物学系以及艺术与科学学院化学系的校长助理教授。“所有这些细菌共存，但又相互争斗。这样的环境可能会促进创新。”
在这场冲突中，de la Fuente 的实验室看到了开发新型抗生素的潜力，这些抗生素有朝一日可能会为人类自身对抗耐药细菌的防御储备做出贡献。毕竟，如果人类肠道中的细菌必须开发出新的工具来对抗其他细菌才能生存，那么为什么不使用它们自己的武器来对付它们呢？
在《细胞》杂志的一篇新论文中，de la Fuente 和斯坦福大学医学（血液学）和遗传学教授 Ami S. Bhatt 的实验室调查了近 2,000 人的肠道微生物组，发现了数十种潜在的新型抗生素。de la Fuente 说：“我们将生物学视为信息来源。一切都只是代码。如果我们能想出能够对代码进行分类的算法，我们就可以大大加快抗生素的发现。”
近年来，de la Fuente 的实验室因在各处寻找抗生素候选物而登上头条新闻，从尼安德特人和猛犸象等灭绝生物的基因信息，到实验室使用人工智能分析的大量细菌的基因物质。de la Fuente 说：“我们的主要目标之一是挖掘世界生物信息作为抗生素和其他有用分子的来源。”“我们不是依靠传统的、艰苦的方法，比如收集土壤或水样并纯化活性化合物，而是利用基因组、宏基因组和蛋白质组中发现的大量生物数据。这使我们能够以数字速度发现新的抗生素。”
鉴于细菌进化速度很快，de la Fuente 和他的合著者假设，鼓励竞争的环境（如人类肠道）可能蕴藏着大量未被发现的抗菌化合物。de la Fuente 指出：“当资源匮乏时，生物学才能真正提出创新的解决方案。”
该团队专注于肽类物质，即氨基酸的短链，它们之前曾被证明有望成为新型抗生素。de la Fuente 表示：“我们通过计算挖掘了超过 40 万种蛋白质。”他指的是人工智能读取遗传密码的过程，在接受了一组已知抗生素的训练后，人工智能可以预测哪些基因序列可能具有抗菌特性。
有趣的是，这些分子的组成与传统抗菌剂不同。我们发现的化合物构成了一个新的类别，它们的独特性质将有助于我们理解和扩展抗菌剂的序列空间。”
Marcelo DT Torres，de la Fuente 实验室的研究员，也是该论文的第一作
当然，这些预测必须通过实验验证；在找到几百种抗生素候选物后，研究人员选择了 78 种来测试实际细菌。合成这些肽后，研究人员将细菌培养物暴露于每种肽中，并等待 20 小时，以查看哪些肽成功抑制了细菌生长。此外，该团队后来在动物模型中测试了这些抗生素候选物。
所测试的肽中有超过一半是有效的，也就是说，它们抑制了有益菌或致病菌的生长；而主要候选药物普雷沃菌素-2 显示出与多粘菌素 B 相当的抗感染能力，多粘菌素 B 是目前用于治疗多重耐药性感染的 FDA 批准的抗生素，这表明人类肠道微生物群可能含有有朝一日可用于临床的抗生素。
Bhatt 表示：“发现普雷沃菌素-2 的活性与我们的最后一种抗生素多粘菌素 B 相当，这让我非常惊讶。这表明，从人类微生物组中挖掘新的和令人兴奋的抗菌肽类对于研究人员和医生，尤其是对于患者来说，是一条充满希望的道路。”
