Deep learning-based antimicrobial peptide (AMP) discovery faces critical challenges such as limited controllability, lack of representations that efficiently model antimicrobial properties, and low experimental hit rates. To address these challenges, we introduce OmegAMP, a framework designed for reliable AMP generation with increased controllability. Its diffusion-based generative model leverages a novel conditioning mechanism to achieve fine-grained control over desired physicochemical properties and to direct generation towards specific activity profiles, including species-specific effectiveness. This is further enhanced by a biologically informed encoding space that significantly improves overall generative performance. Complementing these generative capabilities, OmegAMP leverages a novel synthetic data augmentation strategy to train classifiers for AMP filtering, drastically reducing false positive rates and thereby increasing the likelihood of experimental success. Our in silico experiments demonstrate that OmegAMP delivers state-of-the-art performance across key stages of the AMP discovery pipeline, enabling us to achieve an unprecedented success rate in wet lab experiments. We tested 25 candidate peptides, 24 of them (96%) demonstrated antimicrobial activity, proving effective even against multi-drug resistant strains. Our findings underscore OmegAMP's potential to significantly advance computational frameworks in the fight against antimicrobial resistance.


翻译:基于深度学习的抗菌肽(AMP)发现面临关键挑战,包括可控性有限、缺乏高效建模抗菌特性的表示方法,以及实验命中率低。为应对这些挑战,我们提出了OmegAMP,一个旨在实现可靠且可控性更强的AMP生成的框架。其基于扩散的生成模型采用了一种新颖的条件机制,以实现对所需理化性质的细粒度控制,并将生成导向特定的活性谱,包括物种特异性有效性。这一机制通过一个生物学信息编码空间进一步增强,显著提升了整体生成性能。为补充这些生成能力,OmegAMP利用一种创新的合成数据增强策略来训练用于AMP筛选的分类器,大幅降低了假阳性率,从而提高了实验成功的可能性。我们的计算机模拟实验表明,OmegAMP在AMP发现流程的关键阶段均实现了最先进的性能,使我们在湿实验室实验中达到了前所未有的成功率。我们测试了25个候选肽,其中24个(96%)表现出抗菌活性,甚至对多重耐药菌株也有效。我们的研究结果强调了OmegAMP在显著推进对抗抗菌耐药性的计算框架方面的潜力。

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