本研究主要关注于利用人体内源性蛋白质为基础，结合计算模拟和人工智能(AI)基于机器学习(ML)工具，设计出一种新型的抗菌肽IK-16-1，旨在为化妆品行业提供安全有效的防腐剂替代方案。IK-16-1源自β-防御素，表现出对多种致病菌，包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌的广谱抗菌性能，同时无溶血活性，具备成为化妆品行业防腐增效剂的潜力，以减少化妆品中其他防腐剂的使用量。此研究证实了结合计算设计与人工智能预测设计抗菌肽的可行性，以实现快速筛选和降低开发成本。

化妆品行业是全球发展最迅速的行业之一，化妆品中的防腐剂对于抑制微生物生长和防止产品变质至关重要。然而，常见的防腐剂如对羟基苯甲酸酯、甲醛释放剂、异噻唑啉酮、苯氧乙醇和有机酸等，都是化妆品中常见的过敏原。另外，某些防腐剂可能会破坏皮肤微生物群的平衡。因此，急需开发安全、有效且具有广谱抗菌性的替代剂。

抗菌肽(AMPs)是天然免疫系统的重要组成部分，对多种病原体（包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌、分枝杆菌和某些包膜病毒）展示了不同的活性。其中，人类β防御素3（hBD-3）是一种富含半胱氨酸的小分子抗菌肽，具有广谱抗菌活性，且由于其杀菌机制是破坏细胞膜（化学成分相对稳定），其抗菌活性不会引起药物耐药性。

机器学习(ML)是描述系统从特定问题的训练数据中学习，自动化分析模型的构建和处理相关任务的过程。ML大大提高了工作效率和准确性，通过集合关于抗菌机制、序列和结构的深入了解，可以加速AMP的筛选和设计。

论文探索了使用基于人体内源蛋白质的抗菌肽（AMPs）作为化妆品保护系统的安全有效替代品。在化妆品行业中，保护剂对防止微生物生长和产品变质至关重要，但由于安全问题而受到广泛关注。现有的保护剂，如对羟基苯甲酸酯（防腐剂）、甲醛释放剂和异噻唑啉酮等，已被发现可能导致过敏反应、破坏皮肤微生物群落平衡。因此，迫切需要开发既安全又有效的替代保护剂。

抗菌肽是一类具有广泛抗微生物特性的短肽，是许多生物体内在免疫系统的重要组成部分。论文通过计算模拟和人工智能（AI）基于机器学习（ML）工具的设计出一种新的抗菌肽IK-16-1，该肽基于β-防御素（一种具有广谱抗菌活性的小分子抗菌肽），并预测它具有优良的抗菌和血红细胞溶解活性。此外，研究还验证了结合计算设计与AI预测来设计AMPs的可行性，实现了快速筛选和降低开发成本。

根据文件内容，《Machine learning assisted rational design of antimicrobial peptides based on human endogenous proteins and their applications for cosmetic preservative system optimization》这篇论文使用了一种结合计算模拟、人工智能(AI)基础的机器学习工具、以及生物模拟的方法来开发基于内源性人类蛋白质的新型生物模拟抗菌肽(AMPs)。这些AMPs的抗菌和溶血性质通过预测进行了评估。

1. 设计抗菌肽

研究团队利用基于预测算法和合理分子设计的AI深度学习技术，从内源性人类蛋白质出发，开发了新型的生物模拟AMPs。这里，β-防御素的短类似物被用作模板肽。通过调整氨基酸残基，使得亲水和疏水残基位于螺旋表面的相反侧，从而提高了微生物膜的穿孔能力。为了安全考虑，还预测了溶血活性，使用的是现有的AI算法。

2. 方法概述

研究方法主要分为几个步骤：

• 设计抗菌肽：利用AI深度学习和理性分子设计进行新生物模拟AMPs的开发。
• 盘扩散试验：AMPs被添加到预接种的细菌菌株的琼脂板上，以测试其抑菌活性。
• 最小抑制浓度测定：对四种细菌和真菌进行培养以测定AMPs的最小抑制浓度。
• 溶血活性评估：通过用不同浓度的AMPs处理兔红细胞来评估溶血活性。
• 细胞毒性测试：采用cell counting kit-8 (CCK-8) 测试方法，测试AMPs对HaCaT细胞(一种人类表皮角质形成细胞系)的生长影响。
• 抗菌性在产品中的应用评估：混合抗菌肽与保护剂系统，并与不添加抗菌肽的保护剂系统进行比较，以测试其在实际产品中的抗菌效果。

3. 研究结果

研究结果显示，所设计的AMP（IK-16-1）展示出了针对几种常见引起化妆品变质的微生物（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌）的广谱抗菌特性。IK-16-1的最小抑制浓度进一步验证了其效果，尽管其抗真菌活性不如抗细菌活性高。

这篇论文采用了“实验研究”的方法。结合计算模拟、人工智能预测和生物模拟的方法，通过设计、合成和测试一系列新型AMPs，论文在化妆品保护系统优化方面取得了显著进展。这项研究不仅验证了通过计算设计结合AI预测设计AMPs的可行性，而且通过实验测试证实了这些新型生物模拟肽的广谱抗菌特性及其在化妆品中的应用潜力。这种方法通过减少传统保护剂的使用，为化妆品行业提供了一种潜在的更安全、更有效的替代方案。