通过高通量选和机器学习提升酶活性的表面工程纳米粒子的发现
Yuanjie Sun1, Subrata Pandit1, Neha Satish1
1Department of Chemistry, The University of Texas at Austin, 105 E 24th St., Austin, TX, 78712, USA.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|August 26, 2025
概括
研究人员开发了一个高通量平台来设计增强酶活性的表面工程纳米粒子 (SEN). 机器学习确定了预测设计的关键特征,使生物催化和抗药细菌的新应用成为可能.
科学领域:
- 纳米技术和材料科学
- 生物化学和酶学
- 机器学习和计算生物学
背景情况:
- 纳米粒子 (NP) 可以增强酶活性,但目前的方法是经验性的,缺乏预测设计原则.
- 了解生物纳米粒子接口的结构功能关系对于开发先进的生物催化剂和生物传感器至关重要.
研究的目的:
- 引入第一个高通量平台,用于发现调节酶功能的表面工程纳米粒子 (SEN).
- 通过确定关键的表面连接体特征,建立一个用于设计增强活动的NP的预测框架.
- 证明优化SEN酶对对抗多药耐药细菌的功能相关性.
主要方法:
- 合成了194个基于黄金和的SENs库,这些SENs与多种联体功能化.
- 使用高通量平台对三种模型酶 (细胞染色体c,乳酸氧化酶 (LPO) 和脂酶) 进行选.
- 在获得的数据集上训练了一种机器学习模型,以识别与增强的酶活性相关的特征.
主要成果:
- 鉴定出多个能显著增加酶活性的SEN,其中最有效的能达到约19倍的增强.
- 机器学习模型成功地确定了高性能SEN的关键联体特征.
- 机理学研究证实了联体外在驾驶活动增强中的主导作用,可在NP平台上转移.
结论:
- 开发了一种可扩展和通用化的方法,用于在生物界面上绘制和利用纳米级结构功能关系.
- 预测框架可以合理设计NP以提高酶活性,在生物催化和生物感知中广泛应用.
- 与单独使用LPO相比,优化的SEN/ LPO对抗多药耐药细菌和生物膜形成的疗效更高.
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