ABSTRACT Artificial intelligence (AI)-driven discovery of antimicrobial peptides (AMPs) is yet to fully utilise their three-dimensional (3D) structural characteristics, microbial specie-specific antimicrobial activities and mechanisms. Here, we constructed a QLAPD database comprising the sequence, structures and antimicrobial properties of 12,914 AMPs. QLAPD underlies a multimodal, multitask, multilabel, and conditionally controlled AMP discovery (M3-CAD) pipeline, which is proposed for the de novo design of multi-mechanism AMPs to combat multidrug-resistant organisms (MDROs). This pipeline integrates the generation, regression, and classification modules, using a innovative 3D voxel coloring method to capture the nuanced physicochemical context of amino acids, significantly enhancing structural characterizations. QL-AMP-1, discovered by M3-CAD, which possesses four antimicrobial mechanisms, exhibited low toxicity and significant activity against MDROs. The skin wound infection model demonstrates its considerable antimicrobial effects and negligible toxicity. Altogether, integrating 3D features, specie-specific antimicrobial activities and mechanisms enhanced AI-driven AMP discovery, making the M3-CAD pipeline a viable tool for de novo AMP design.

Toxoplasmosis is a significant global zoonosis with devastating impacts, and an effective vaccine against toxoplasmosis for humans has not yet been developed. In this study, we designed and formulated a novel DNA vaccine encoding the inhibitor of STAT1 transcriptional activity (IST) of T. gondii utilizing the eukaryotic expression vector pEGFP-N1 for the first time, with CL264 being a molecular adjuvant. Following intramuscular injection of the vaccine into mice, the levels of antibodies and cytokines were assessed to evaluate the immune response. Additionally, mice were challenged with highly virulent RH-strain tachyzoites of T. gondii, and their survival time was observed. The results show that the levels of IgG in serum, the ratio of IgG2a/IgG1 and the levels of IFN-γ in splenocytes of mice were significantly higher in the pEGFP-TgIST group and the pEGFP-TgIST + CL264 group than in the control group. In addition, the proportion of CD4+/CD8+ T cells was higher in mice immunized with either the pEGFP-TgIST group (p < 0.001) or the pEGFP-TgIST + CL264 group (p < 0.05) compared to the three control groups. Notably, TgIST-immunized mice exhibited prolonged survival times after T. gondii RH strain infection (p < 0.05). Our findings collectively demonstrate that the TgIST DNA vaccine elicits a significant humoral and cellular immune response and offers partial protection against acute T. gondii infection in the immunized mice, which suggests that TgIST holds potential as a candidate for further development as a DNA vaccine.