PARAS: high-accuracy machine-learning of substrate specificities in nonribosomal peptide synthetases

非核糖体肽 底物特异性 基质(水族馆) 化学 生物 计算生物学 人工智能 计算机科学 生物化学 生态学 生物合成
作者
Barbara R. Terlouw,Chuan Huang,David Meijer,José D. D. Cediel-Becerra,Marlene L. Rothe,Matthew Jenner,Shanshan Zhou,Yu Zhang,Christopher D. Fage,Yuta Tsunematsu,Gilles P. van Wezel,Serina L. Robinson,Fabrizio Alberti,Lona M. Alkhalaf,Marc G. Chevrette,Gregory L. Challis,Marnix H. Medema
标识
DOI:10.1101/2025.01.08.631717
摘要

Nonribosomal peptides are chemically and functionally diverse natural products with important applications in medicine and agriculture. Bacterial and fungal genomes contain thousands of nonribosomal peptide biosynthetic gene clusters (BGCs) of unknown function, providing a promising resource for peptide discovery. Core structural features of such peptides can be inferred by predicting the substrate(s) of adenylation (A) domains in nonribosomal peptide synthetases (NRPSs). However, existing approaches to A domain prediction rely on limited datasets and often struggle with domains selecting large substrates or from less-studied taxa. Here, we systematically curate and computationally analyse 3,254 A domains and present two new high-accuracy specificity predictors, PARAS and PARASECT. A new type of A domain with unusually high l-tryptophan specificity was identified through the application of PARAS, and intact protein mass spectrometry to the corresponding NRPS showed it to direct the production of tryptopeptin-related metabolites in Streptomyces species. Together, these technologies will accelerate the characterisation of novel NRPSs and their metabolic products.

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