AIが特定したペプチド、マウスの潰瘍性大腸炎症状を軽減
研究者らは機械学習を用いて、潰瘍性大腸炎マウスで炎症を抑え、腸管バリア機能を改善した抗菌ペプチドLRを特定した。LRはマイクロバイオームも再構築し、このモデルでは5-aminosalicylic acidおよびciprofloxacinを上回る効果を示した。
潰瘍性大腸炎において、炎症を抑え、腸管バリア機能を回復させ、マイクロバイオームを再構築する新たな抗菌ペプチドを、研究者らが機械学習によって特定した。吉林大学第一医院の研究では、LRと名付けられたペプチドが、抗菌活性と低い細胞毒性のバランスにおいて最も良好な結果を示し、大腸炎マウスモデルでは5-aminosalicylic acidおよびciprofloxacinよりも強い効果を示した。
この研究では、ペプチド予測モデルと遺伝的アルゴリズムを組み合わせた機械学習パイプラインを開発し、6,000超の候補について構造的・物理化学的特性を解析した。その結果、有望とみられる22の配列が絞り込まれ、5種類のペプチドが実験室での試験のために合成された。
in vitro（試験管内）実験では、LRはEscherichia coliやStaphylococcus aureusを含む病原性細菌に対して強い殺菌効果を示した一方、他の候補と比べて毒性は最小限で、溶血活性も低く、良好な生体適合性を維持した。
治療効果の可能性を検証するため、デキストラン硫酸ナトリウム誘発性大腸炎マウスにLRを投与した。治療により体重減少が抑えられ、疾患活動性指数が改善し、結腸短縮も軽減した。さらに組織学的解析では、粘膜障害の軽減と炎症細胞浸潤の減少が確認された。
さらなる解析の結果、LRは炎症反応を抑制し、治療後にはtumour necrosis factor-αおよびinterleukin-6の値が著明に低下していた。また、このペプチドはタイトジャンクション蛋白であるZO-1、claudin-1、occludinの発現を増加させており、上皮バリア機能の改善が示唆された。
糞便マイクロバイオータのシーケンシングでは、治療によって大腸炎マウスの微生物叢構成が再編成されたことが示された。Akkermansia muciniphilaの存在量は有意に増加し、A. muciniphila単独の補充でも大腸炎症状が部分的に軽減したことから、マイクロバイオータの調節がLRの治療効果に寄与していることが示唆された。
これらの知見は、計算科学的スクリーニングと実験的検証を統合することで、潰瘍性大腸炎に対して抗炎症活性を有する、安定性と選択性に優れた抗菌ペプチドを同定できることを示している。研究では、長期的な安全性とヒトへの適用可能性を評価するため、さらなる研究が必要だとした。