人类肠道平均含有大约100万亿个微生物，其中许多微生物不断争夺有限的资源。“这是一个如此严酷的环境，”César de la Fuente说，他是工程与应用科学学院生物工程和化学与生物分子工程、佩雷尔曼医学院精神病学和微生物学以及艺术与科学学院化学的主席助理教授。“所有这些细菌共存，但也相互争斗。这样的环境可能会促进创新。”

在这场冲突中，de la Fuente的实验室看到了开发新型抗生素的潜力，有朝一日，这种抗生素可能有助于人类自身防御耐药细菌的储备。毕竟，如果人类肠道内的细菌必须开发新的工具来相互对抗以生存，为什么不用它们自己的武器来对付它们呢?

在《Cell》杂志上发表的一篇新论文中，de la Fuente和斯坦福大学医学(血液学)和遗传学教授Ami S. Bhatt的实验室调查了近2000人的肠道微生物群，发现了数十种潜在的新抗生素。“我们认为生物学是一个信息源，”de la Fuente说。“一切都是代码。如果我们能想出可以对这些代码进行排序的算法，我们就能大大加速抗生素的发现。”

近年来，de la Fuente的实验室因在各地发现抗生素候选者而上了头条新闻，从尼安德特人和长毛猛犸象等已灭绝生物的遗传信息，到实验室使用人工智能分析其遗传物质的大量细菌。de la Fuente说:“我们的主要目标之一是挖掘世界上的生物信息，作为抗生素和其他有用分子的来源。我们不是依靠传统的、艰苦的方法，包括收集土壤或水样和净化活性化合物，而是利用基因组、宏基因组和蛋白质组中发现的大量生物数据。这使我们能够以数字化的速度发现新的抗生素。”

鉴于细菌进化速度很快，de la Fuente和他的合著者假设，一个鼓励竞争的环境，就像人类的肠道，可能是许多未被发现的抗菌化合物的家园。“当资源缺乏时，生物学才会真正想出创新的解决方案。”

该小组专注于肽，短链氨基酸，这是一种新型抗生素。“我们通过计算挖掘了超过40万种蛋白质，”de la Fuente说，他指的是人工智能读取遗传密码字母的过程，在接受了一组已知抗生素的训练后，预测哪些基因序列可能具有抗菌特性。

de la Fuente实验室的研究助理，论文的第一作者Marcelo D.T. Torres说:“有趣的是，这些分子的组成与传统上认为的抗菌剂不同。我们发现的化合物构成了一个新的类别，它们的独特性质将帮助我们理解和扩大抗菌素的序列空间。

当然，这些预测必须经过实验验证。在发现了几百种候选抗生素后，研究人员选择了78种抗生素来测试它们对实际细菌的作用。在合成这些肽后，研究人员将细菌培养物暴露于每种肽中，并等待20小时，看看哪些肽成功地抑制了细菌的生长。此外，该团队随后在动物模型中测试了候选抗生素。

超过一半的测试肽有效，也就是说，它们抑制了友好菌或致病菌的生长，而主要候选药物普雷沃特林-2显示出了与多粘菌素B相当的抗感染能力，多粘菌素B是一种经FDA批准用于治疗多重耐药感染的抗生素，这表明人类肠道微生物群中可能含有有朝一日会找到临床应用的抗生素。

Bhatt说:“发现普氏菌素-2对我来说非常惊讶，它的活性与我们的最后一种抗生素多粘菌素B相当。这表明，对研究人员和医生来说，挖掘人类微生物组以获得新的令人兴奋的抗菌肽是一条很有前途的道路，尤其是对患者来说。”