麻省理工学院的AI突破：对抗MRSA的新型抗生素先锋

麻省理工学院的AI突破：对抗MRSA的新型抗生素先锋 利用一种被称为深度学习的人工智能，麻省理工学院的研究人员发现了一类化合物，这种化合物可以杀死一种耐药细菌，这种细菌每年导致美国一万多人死亡。在最近发表于《自然》（Nature）的一项研究中，研究人员发现这些化合物可以杀死在实验室培养皿中生长的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），以及在两种 MRSA 感染小鼠模型中生长的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。这些化合物对人体细胞的毒性也很低，因此特别适合作为候选药物。这项新研究的一个关键创新点是，研究人员还弄清了深度学习模型在预测抗生素效力时使用了哪些信息。这些知识可以帮助研究人员设计出更多的药物，它们可能比模型识别出的药物效果更好。"我们的洞察力在于，我们可以看到模型学习到了什么，从而预测出某些分子会成为很好的抗生素。"麻省理工学院医学工程与科学研究所（IMES）和生物工程系的特米尔医学工程与科学教授詹姆斯-柯林斯（James Collins）说："我们的工作提供了一个框架，从化学结构的角度来看，它既省时、省资源，又具有机理上的洞察力。"这项研究是麻省理工学院"抗生素-人工智能项目"（Antibiotics-AI Project）的一部分，该项目由柯林斯领导。该项目是麻省理工学院抗生素-人工智能项目的一部分。该项目由柯林斯领导，其任务是在七年内发现针对七种致命细菌的新型抗生素。用人工智能应对 MRSA在美国，每年有超过 8 万人感染 MRSA，它通常会引起皮肤感染或肺炎。严重病例可导致败血症，这是一种可能致命的血液感染。在过去几年里，柯林斯和他在麻省理工学院阿卜杜勒-拉蒂夫-贾米尔健康机器学习诊所（Jameel Clinic）的同事们开始利用深度学习尝试寻找新的抗生素。他们的工作已经产生了针对鲍曼不动杆菌（一种常见于医院的细菌）和许多其他耐药细菌的潜在药物。这些化合物是利用深度学习模型确定的，该模型可以学习识别与抗菌活性相关的化学结构。然后，这些模型会筛选数百万种其他化合物，预测哪些化合物可能具有较强的抗菌活性。事实证明，这类搜索富有成效，但这种方法的一个局限是，模型是"黑盒子"，也就是说，无法知道模型是根据什么特征进行预测的。如果科学家们知道模型是如何做出预测的，他们就能更容易地找出或设计出更多的抗生素。黄说："我们在这项研究中要做的就是打开黑盒子。这些模型由大量模拟神经连接的计算组成，没有人真正知道这底下发生了什么"。提高人工智能的预测准确性首先，研究人员使用大幅扩展的数据集训练了一个深度学习模型。他们通过测试约 3.9 万种化合物对 MRSA 的抗生素活性生成了这些训练数据，然后将这些数据以及化合物的化学结构信息输入模型。Wong说："基本上可以将任何分子表示为化学结构，还可以告诉模型该化学结构是否具有抗菌性。这个模型是在许多这样的例子中训练出来的。如果你给它任何新的分子、新的原子和化学键排列，它就能告诉你该化合物被预测为抗菌的概率。"为了弄清该模型是如何做出预测的，研究人员采用了一种被称为蒙特卡洛树搜索的算法，这种算法已被用来帮助使其他深度学习模型（如AlphaGo）更易于解释。这种搜索算法不仅能让模型对每种分子的抗菌活性做出估计，还能预测该分子的哪些亚结构可能会产生这种活性。人工智能驱动的药物发现过程为了进一步缩小候选药物的范围，研究人员又训练了三个深度学习模型，以预测化合物是否对三种不同类型的人体细胞有毒。通过将这些信息与抗菌活性预测相结合，研究人员发现了既能杀死微生物，又能对人体产生最小不良影响的化合物。利用这组模型，研究人员筛选了大约 1200 万种化合物，所有这些化合物都可以在市场上买到。根据分子中的化学子结构，模型从这些化合物中识别出了五种不同类别的化合物，这些化合物预计对 MRSA 具有活性。有希望的成果和未来方向研究人员购买了大约 280 种化合物，并对它们进行了针对在实验室培养皿中生长的 MRSA 的测试，从而确定了同一类中的两种似乎非常有希望成为候选抗生素的化合物。在两种小鼠模型（一种是 MRSA 皮肤感染模型，另一种是 MRSA 全身感染模型）的测试中，每种化合物都能将 MRSA 的数量减少 10 倍。实验发现，这些化合物似乎通过破坏细菌在细胞膜上维持电化学梯度的能力来杀死细菌。许多关键的细胞功能都需要这种梯度，包括产生 ATP（细胞用来储存能量的分子）的能力。柯林斯实验室在 2020 年发现的一种候选抗生素Halicin似乎也是通过类似的机制发挥作用的，但它对革兰氏阴性细菌（细胞壁较薄的细菌）具有特异性。MRSA 是一种革兰氏阳性细菌，细胞壁较厚。Wong说："我们有相当有力的证据表明，这种新的结构类药物通过选择性地消散细菌中的质子动力，对革兰氏阳性病原体具有活性。这些分子选择性地攻击细菌细胞膜，而不会对人类细胞膜造成实质性损害。我们大幅增强的深度学习方法使我们能够预测这一类新结构的抗生素，并发现它对人类细胞没有毒性。"研究人员与Phare Bio 分享了他们的研究成果，Phare Bio 是柯林斯等人创办的非营利组织，也是抗生素人工智能项目的一部分。该非营利组织目前计划对这些化合物的化学特性和潜在临床用途进行更详细的分析。与此同时，柯林斯的实验室正在根据新研究的结果设计更多的候选药物，并利用这些模型寻找能杀死其他类型细菌的化合物。Wong说："我们已经在利用基于化学子结构的类似方法来重新设计化合物，当然，我们也可以随时采用这种方法来发现针对不同病原体的新型抗生素。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

来自巴塔哥尼亚的野生酵母 让您的下一款啤酒令人难忘

来自巴塔哥尼亚的野生酵母 让您的下一款啤酒令人难忘 巴塔哥尼亚野生菌株与传统酿酒酵母的杂交种发生了突变，从而提高了酒精产量。智利圣地亚哥大学的研究人员詹妮弗-莫利内特（Jennifer Molinet）和弗朗西斯科-库比约斯（Francisco Cubillos）将巴塔哥尼亚的野生酵母与传统酿酒酵母杂交，培育出了用于生产拉格啤酒的新酵母菌株。他们的研究结果发表在 6 月 20 日出版的《PLOS 遗传学》（PLOS Genetics）杂志上，揭示了这些杂交酵母能为拉格啤酒带来独特的风味和香气。拉格啤酒占全球啤酒市场的 90% 以上，通常在低温下酿造。由于所用酵母的遗传多样性极低，拉格啤酒的风味和香气传统上一直受到限制。目前，该行业只依赖两种酵母，它们都是普通酿酒酵母（酿酒酵母）和适应寒冷环境的野生菌株（欧巴扬斯酵母）的杂交种。巴塔哥尼亚山区的酵母。图片来源：Francisco Cubillos, (CC-BY 4.0) 利用杂交酵母提高啤酒的品质在这项新研究中，研究人员通过在低温下将酿酒酵母与巴塔哥尼亚的野生 S. eubayanus 天然分离物杂交，在实验室中创造出了新型拉格啤酒酵母。他们用促进发酵质量的方法培育杂交种。进一步的分析表明，这些菌株的基因发生了突变，增强了它们代谢某些类型糖的能力，从而产生了独特的香气特征和较高的酒精产量。研究人员说，新菌株的成功部分归因于它们的线粒体为细胞提供能量的细胞器继承自耐寒的野生菌株，而不是酿酒酵母。总之，新的研究结果表明，可以利用野生酵母菌株的遗传多样性来开发适合工业化生产的新型啤酒酵母。该研究的作者鼓励其他人探索野生酵母，以此扩大现有啤酒风格的范围。 作者补充道：我们的研究利用了巴塔哥尼亚野生酵母的巨大遗传多样性，创造出了具有更强发酵能力和独特香气特征的新型拉格啤酒杂交菌株。通过种间杂交、实验进化和发酵相关基因变化的鉴定，我们扩大了可用于拉格啤酒酿造的工业酵母的范围。编译自/scitechdailyDOI: 10.1371/journal.pgen.1011154 ... PC版： 手机版：

研究人员警告流行的电子烟弹香精中含有有毒化学物质

研究人员警告流行的电子烟弹香精中含有有毒化学物质 新的研究发现，当电子烟设备中的电子烟液加热供吸入时，会产生潜在的有害物质。这项发表在《科学报告》上的研究强调，迫切需要制定公共卫生政策来解决调味吸食器的问题。都柏林RCSI 医学与健康科学大学的研究小组利用人工智能（AI）模拟了尼古丁吸食器中的电子液体风味化学物质加热后的效果。他们将所有 180 种已知的电子液体风味化学物质都纳入了研究范围，预测了这些物质在吸入前立即在吸入装置中加热后形成的新化合物。分析表明，在这些物质中发现了许多有害化学物质，其中 127 种被归类为"有毒"，153 种被归类为"健康危害"，225 种被归类为"刺激物"。值得注意的是，其中包括一组名为挥发性羰基化合物（VCs）的化学物质，它们已知会对健康造成危害。据预测，挥发性羰基化合物的来源是最受欢迎的水果、糖果和甜点口味产品。主要作者、化学教授兼系主任多纳尔-奥谢（Donal O'Shea）教授说，这些发现非常令人担忧："我们希望在为时已晚之前，了解调味吸食者对越来越多的吸食者的健康可能产生的影响。我们的研究结果表明，与我们所熟知的传统烟草烟雾中的化学危害相比，它的危害程度明显不同。""可以说，我们正处于新一轮慢性疾病的风口浪尖，15 到 20 年后，这些疾病将因这些暴露而出现。我们希望这项研究能帮助人们做出更明智的选择，并促进关于潜在的长期健康风险和对吸食电子烟的监管的对话，这项研究表明，对吸食电子烟的监管应该是全面的。"该研究还强调了电子烟产品口味繁多所带来的复杂性，其中包括 180 种不同数量的化学物质。这些化学物质主要来自食品行业，在特定用途上具有良好的安全记录。由于电子烟设备千差万别，而且往往是用户定制的，因此温度控制和由此产生的化学反应也可能不同，从而增加了潜在健康风险的不可预测性。这种变异性需要利用本研究建立的人工智能框架开展进一步研究，这也可能导致针对个别口味制定风险报告，提供信息丰富的公共卫生政策资源。考虑到调味吸管在不吸烟的青少年和年轻人中很受欢迎，了解这些产品对公众健康、发病率和死亡率的长期影响至关重要。这项研究表明，如果没有全面的监管，当我们试图治疗年长吸烟者的尼古丁成瘾时，就很有可能将新的健康问题转移给年轻一代。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现烘焙甜点中的巧克力暗藏健康风险

研究发现烘焙甜点中的巧克力暗藏健康风险 是什么让巧克力的味道和香味如此美味？当然是化学作用！各种分子共同作用，创造出无与伦比的香味，但如果这些分子过多，可能会对健康产生一些不良影响。一项研究显示，虽然巧克力中含有安全水平的潜在有害化学物质，但在一些烘焙甜点中，这些化合物的浓度要高得多，可能不安全。根据 ACS 的《农业和食品化学杂志》 上发表的研究， 虽然巧克力中出现的许多化合物浓度很低，足以保证安全，但在一些烘焙甜食中却发现了较高的含量。在制作巧克力时，可可豆要经过烘焙，这样才能让巧克力的香味更加浓郁。在这个过程中，α,β-不饱和羰基等新分子在高温下与其他成分发生反应而形成。这类羰基具有高活性和潜在的基因毒性，食用后会对DNA造成损害。虽然这些羰基化合物天然存在于许多食物中，但也被用作调味添加剂，其中一些已被欧盟禁用，包括黄油味的呋喃-2(5H)-酮。巧克力和甜点中的羰基化合物研究为了更好地了解这些分子是如何在食品中自然形成的，以及它们的含量是否会对健康造成影响，亚历山大-杜萨特及其同事对巧克力和其他甜食中的 10 种不同的 α、β-不饱和羰基进行了检测，其中一些已被欧洲食品安全局确认为安全，而另一些仍在评估中。研究小组制作了巧克力，发现在烘焙过程中和加入可可脂后会形成α，β-不饱和羰基；不过，它们的浓度仍然太低，食用巧克力不会对健康造成任何影响。接下来，研究人员筛选了 22 种市面上销售的甜点，包括可丽饼、华夫饼、蛋糕和饼干，其中有的含有巧克力，有的没有。在这些包装食品中，他们发现 10 种羰基化合物中有 9 种的浓度甚至低于巧克力。包装甜点的潜在健康风险剩下的羰基具有基因毒性的呋喃-2(5H)-酮在可丽饼和蛋糕样品中出现的浓度要高得多，达到每公斤 4.3 毫克。考虑到基因毒性物质的建议阈值仅为每人每天 0.15 微克，食用这些甜点可能会超过这一阈值，但要准确评估潜在的健康风险，还需要进行更多的研究。研究人员的结论是，呋喃-2(5H)-酮分子很可能是在烘焙过程中形成的，似乎与包装甜点中的巧克力含量无关。研究小组表示，这项工作有助于更好地了解巧克力中这些羰基化合物的来源，并强调了监测食品中香料的重要性，以保证消费者的知情权和安全。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1021/acs.jafc.4c01043 ... PC版： 手机版：

为什么婴儿闻起来很香 而青少年闻起来却像山羊？

为什么婴儿闻起来很香 而青少年闻起来却像山羊？ 我们知道，伴随着青春期的一系列发育变化，青少年特有的臭味来自于汗腺的荷尔蒙激活。汗液与独特的微生物群结合产生的气味可以说是独一无二的。但直到现在，这种独特体味的实际化学成分仍相对未知。由德国一个研究小组领导的一项新研究首次比较了青少年和婴儿体味的化学成分，找到了让婴儿闻起来像花朵、让青少年闻起来像羊肉的确切化合物。这项研究汇集了两个群体18 名 0 到 3 岁的婴儿和 18 名 14 到 18 岁的青少年。每个研究对象都穿着一件预先处理过的棉质 T 恤，在腋下垫上垫子，睡了一个晚上。在研究之夜前的 48 小时内，每个受试者都严格遵守饮食和卫生规范，不使用含香料的清洁用品，不吃辛辣食物。随后，研究人员采用气相色谱-质谱法和气相色谱-olfactometry 等多种方法对棉垫进行了分析。根据这些数据，研究人员将体味分解成 42 种不同的气味活性化合物。总的来说，研究发现婴儿组和青少年组的体味化学成分相对相似。然而，研究人员也发现了一些关键的定量差异，这些差异被认为是造成两组体味不一致的原因。在婴儿体内，一种名为 α-isomethylionone 的化合物被大量检测到。这种化合物会产生类似紫罗兰的气味。另一种未知的"香水味"将婴儿与青少年区分开来。研究人员推测，这些令人愉悦的气味可能是香水洗涤剂或清洁产品的残留物，尽管经过 48 小时的冲洗，这些气味仍可能残留在婴儿身上。另一方面，青少年身上的气味则要强烈得多。除了在青少年体味中才发现的一些新化合物外，还检测到了大量的化合物，如 4-乙基辛酸（被描述为闻起来像"山羊"）和十二烷酸（被描述为"蜡味"）。两种类固醇化合物5α-雄甾-16-烯-3-酮和 5α-雄甾-16-烯-3α-醇只在青少年样本中发现。这些化合物被描述为具有类似汗味、尿味、麝香味和檀香味的气味。这项研究的重要启示之一是，人们推测婴儿比青少年气味好闻的主要原因是缺少这些特殊的类固醇化合物。这与其说是婴儿天生好闻的问题，不如说是他们根本不会散发出某些难闻的类固醇化合物。因此，青少年身上的怪味是真实存在的，而且他们闻起来确实有点像山羊和尿液。这项新研究发表在《通讯化学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

巴西研究人员成功合成蜘蛛毒液中的抗癌物质

巴西研究人员成功合成蜘蛛毒液中的抗癌物质 巴西研究人员成功合成蜘蛛毒液中的抗癌物质。 新华社报道，巴西布坦坦研究所近日发布新闻公报说，研究所参与的一个团队以巴西圣保罗州沿海地区的一种毒蜘蛛为研究对象。他们在这种蜘蛛的毒液内发现了一种可以对抗癌细胞的多胺物质，并在实验室成功实现了该物质的合成及纯化。 研究人员用两种已知的分子合成了这种多胺物质，无须再从蜘蛛的毒液中获取，使整个过程更加高效。 公报说，这种化合物和大多数化疗药物的最大区别之一，在于前者能够通过启动细胞凋亡机制杀死肿瘤细胞。这意味着细胞能够以受控方式自我破坏，而不会引起炎症反应。此外，研究人员还观察到，人工合成的化合物保留了在毒液的天然毒素中检测到的抗肿瘤活性，而且该化合物能够消除对化疗有耐药性的白血病细胞，白血病又俗称“血癌”。 负责抗肿瘤作用测试的研究员席尔瓦介绍说，传统的肿瘤治疗手段会导致癌细胞坏死，从而产生炎症反应。而这种化合物会让癌细胞进入细胞凋亡的过程，“就好像细胞以受控的方式内爆一样”。这时免疫系统会收到有关细胞崩溃的警告，不会过度反应，因而也不会对其他器官和组织产生严重影响。 研究人员接下来将对肺癌和骨癌细胞进行测试。此外，他们还将在健康人体细胞中展开研究，以确认该化合物对健康细胞无毒，仅损害癌细胞。 2024年2月24日 12:17 PM