实时三维成像与AI驱动分析，攻克抗生素耐药性难题

近期据国外媒体报道，先进成像技术结合人工智能（AI）辅助分析，成功发现了一种名为Hirunipin-2的天然抗菌肽（AMP），为应对全球抗生素耐药性挑战提供了新方案。抗菌肽展现出对抗多重耐药菌（MDR）的巨大潜力，其中天然来源的抗菌肽因细胞毒性低且不易诱发耐药性而备受关注。

由韩国基础科学研究所组成的联合研究团队，采用基于AI的筛选策略结合三维全息断层扫描（即光学衍射断层成像ODT），实现了抗菌机制解析与候选抗菌肽物质的快速鉴定。ODT作为一种无标记成像技术，可生成包含细胞定量特征的三维体积图像，实时呈现细菌形态变化、膜损伤及生物膜形成过程。

a)生物膜形成实时三维全息断层扫描(HT)成像实验设计及折射率(RI)色谱图。b,c)多重耐药鲍曼不动杆菌(MDRAB)生物膜代表性3D HT图像：(b)未经处理的对照组与(c)经Hirunipin-2处理12小时的对比组。各时间点图像上方为等距视图，下方为Y轴视图。d,e)MDRAB生物膜的3D HT分割图像

目前ODT成像已用于实时追踪单个细菌细胞，以识别抗菌肽导致的膜破裂等作用机制。然而单细胞成像虽能精细观测个体细胞，却无法捕捉细菌群落的集体动态与相互作用。为此，研究人员采用宽视场ODT进行延时监测，同时捕获大量细菌细胞。通过基于AI的折射率（RI）分析，他们对多细菌细胞的RI值进行测算与分割，从而区分海量细菌并监测其动态变化。

基于AI的生物信息学分析技术使研究人员得以探索医用蛭虫转录组数据库，评估物质结构稳定性及其抗菌抗炎功能。结合实时成像与定量分析，团队最终鉴定出19种潜在新型抗菌肽。研究还同步开发了三维高通量筛选技术，可同步评估候选物质，实现抗菌机制分析与快速抗菌物质筛选的双重功能。

研究人员采用ODT高通量筛选（ODT-HTS）验证了抗菌肽对多细菌细胞的效力，发现Hirunipin-2具备抑制超级细菌生长、破坏生物膜所需的抗菌与抗生物膜特性。该肽不仅能抑制生物膜形成、清除已形成生物膜，还能通过攻击细胞膜使其破裂，与常规抗生素协同对抗多重耐药鲍曼不动杆菌（MDRAB）。

Hirunipin-2与传统抗生素的协同效应，及其耐药性、抗生物膜活性和抗炎活性等卓越特性，奠定了其对抗耐药菌感染的潜力。为有效应对超级细菌，开发能精确解析抗菌机制并快速鉴定候选物质的技术至关重要。

该联合团队创建的工具可实现大量抗菌肽候选物的实时定量分析，并以无标记方式同步观察耐药菌生物膜形成与破坏过程。ODT-HTS平台未来还可用于研究多种抗菌机制，从抗菌肽发现到多重耐药研究均有广阔应用前景。研究人员下一步计划揭示pH值变化等新型抗菌机制。

“我们首次提出创新性抗菌肽开发策略，通过结合韩国本土天然产物数据库与三维HT-HTS尖端成像技术，为攻克抗生素耐药性问题作出贡献，”研究员Seongsoo Lee表示，“该策略有望广泛应用于超级细菌感染治疗的新药研发及未来抗生素耐药性研究。”