Исследователи нашли в белках жёлтого мучного червя – личинок большого мучного хрущака (Tenebrio molitor) – пептид AP2, который подавляет опасные пищевые патогены. Как показала работа, молекула эффективно уничтожает как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. В Европейском союзе личинок мучного хрущака уже одобрили в качестве нового пищевого продукта и источника белка, однако учёные почти не изучали, какие антимикробные пептиды выделяются, когда организм их переваривает.
Чтобы выяснить это, авторы работы смоделировали на компьютере, как пищеварительные ферменты расщепляют 49 132 белка насекомого. Так они собрали виртуальную библиотеку из 3 782 689 уникальных фрагментов молекул, которые теоретически могут образовываться в желудочно-кишечном тракте.
Миллионы кандидатов исследователи проанализировали с помощью нейросети на базе архитектуры Transformer. Алгоритм отбирал последовательности с точностью 92% и высокой избирательностью, что помогло быстро сузить выборку без необходимости синтезировать все варианты в лаборатории. В итоге учёные выделили семь перспективных пептидов и получили их химическим путём.
Синтезированные образцы проверили в пробирке на пяти распространённых возбудителях пищевых инфекций: золотистом стафилококке (Staphylococcus aureus), сальмонелле (Salmonella typhimurium), кишечной палочке (Escherichia coli), синегнойной палочке (Pseudomonas aeruginosa) и листерии (Listeria monocytogenes). Сильнее всех сработал пептид AP2: минимальная концентрация, при которой он останавливал рост бактерий, оказалась до 16 раз ниже, чем у популярного пищевого консерванта низина Z.
Сканирующая электронная микроскопия и молекулярное моделирование показали, как именно действует вещество. Пептид самостоятельно собирается в устойчивые наночастицы, которые напрямую нарушают целостность клеточных мембран бактерий и тем самым убивают микроорганизмы обоих классов.
Кроме того, AP2 сохраняет свои свойства при разном уровне кислотности, высокой температуре и в солёной среде, а тесты на культурах клеток млекопитающих подтвердили его низкую токсичность. Пока авторы проверили пептид только на компьютерных моделях и в пробирках – на животных и в условиях пищевых производств вещество ещё не тестировали. Тем не менее результаты говорят о том, что с помощью нейросетей в белках насекомых можно искать устойчивые антимикробные соединения, которые помогут дольше хранить продукты и бороться с инфекциями.