天津工生所突破AI定制化生物合成海洋活性肽技术

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所营养资源生物合成团队在基于人工智能定制化生物合成海洋活性肽方面取得重要进展。该研究通过创新融合AI技术与合成生物学方法，实现了海洋源抗氧化肽的高效筛选、设计与稳定合成，为突破传统活性肽生产瓶颈提供了全新解决方案。

（图片说明：基于AI定制化生物合成海洋活性肽新范式示意图）

记者了解到，活性肽因其高活性、易吸收及安全性优势，在健康产业中应用前景广阔。其中，海洋源抗氧化肽能够有效改善机体氧化损伤，已成为研发热点。然而，传统提取方法受限于资源依赖性强、效率低、稳定性差及环境成本高等问题。利用微生物细胞工厂合成功能性肽虽具潜力，但长期面临活性肽发掘难、表达稳定性低等技术挑战。

因此，研究团队基于长短期记忆（LSTM）机器学习模型，从160个候选天然牡蛎肽段中精准筛选出28个高抗氧化活性肽段，并利用自主开发的AI组装技术，将这些肽段从头设计为稳定的融合蛋白架构。通过计算重叠氨基酸片段在天然蛋白数据库中的累积频率，团队高效预测出最优肽段排序组合，攻克了传统方法因组合数量巨大（超过3×10²⁹种）而难以有效探索的难题。

在毕赤酵母细胞工厂中，研究团队成功实现了牡蛎肽的高水平异源表达，产量达34克/千克细胞干重。实验表明，生物合成牡蛎肽（SOPs）的ABTS自由基清除率和DPPH自由基清除率较天然牡蛎肽分别提升7倍与5.26倍。进一步通过小鼠和细胞模型验证，SOPs可显著降低低密度脂蛋白水平及LDL/HDL比值，其中关键肽段“VISDEHGIDPTK”通过激活PPARα信号通路，调控脂质代谢基因表达，展现出干预肝脏脂质代谢性疾病的潜在价值。

此外，该技术同时具备显著环保优势。生命周期评估显示，与传统提取法相比，生物发酵法生产牡蛎肽可降低90%碳排放、减少82%用水和87.5%能耗，形成负碳排放生物制造范式。研究成果不仅有助于摆脱对海洋资源的依赖，还为利用一碳原料通过微生物工厂合成高价值营养资源开辟了新路径。

据悉，该研究获国家重点研发计划支持，相关技术已获授权发明专利2项，成果发表于国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》。这一突破为海洋活性肽的绿色精准制造与产业化应用奠定了基础。