استخدام الذكاء الاصطناعي لإعادة "المضادات الحيوية البدائية"

[إعلان_1]

خطر البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية

وبحسب منظمة الصحة العالمية، بما أن العالم يواجه ما يقرب من خمسة ملايين حالة وفاة كل عام مرتبطة بالبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، فإن الحاجة إلى إيجاد أدوية محتملة للتعامل مع هذا الوضع أصبحت ملحة للغاية.

والآن، يستخدم فريق بقيادة رائد التكنولوجيا الحيوية سيزار دي لا فوينتي أساليب حسابية تعتمد على الذكاء الاصطناعي لاستخراج السمات الجينية من أقارب البشر المنقرضين مثل إنسان نياندرتال، لإعادة المضادات الحيوية الخاصة بهم إلى ما قبل 40 ألف عام.

من جاءت فكرة مقاومة المضادات الحيوية وهل انقرض إنسان نياندرتال صورة 1 — نموذج لإنسان نياندرتال المنقرض. الصورة: جيتي

ومن خلال البحث، اكتشف العلماء عدداً من جزيئات البروتين أو الببتيد الصغيرة التي لديها القدرة على محاربة البكتيريا، وهو ما قد يمهد الطريق لتطوير أدوية جديدة لمحاربة العدوى لدى البشر.

المضادات الحيوية (مثل البنسلين) هي تلك التي يتم إنتاجها بشكل طبيعي (عن طريق كائن حي مضاد للميكروبات آخر)، في حين أن المضادات الحيوية غير المضادة للمضادات الحيوية (مثل السلفوناميدات والمطهرات) هي تلك التي يتم إنتاجها بشكل صناعي بالكامل.
ومع ذلك، فإن كلا النوعين لهما نفس الهدف، وهو قتل أو منع نمو الكائنات الدقيقة، وكلاهما يندرج تحت فئة العلاج الكيميائي المضاد للميكروبات. تشمل مضادات البكتيريا المطهرات، والصابون المضاد للبكتيريا، والمنظفات الكيميائية؛ بينما تُعدّ المضادات الحيوية النوع الأكثر تخصصًا من مضادات البكتيريا، ويُستخدم في الطب، وأحيانًا في أعلاف الحيوانات.
لا تعمل المضادات الحيوية ضد الفيروسات التي تسبب أمراضًا مثل نزلات البرد أو الأنفلونزا، لذا فإن الأدوية التي تمنع الفيروسات تسمى مضادات الفيروسات أو مضادات الفيروسات القهقرية، وليس المضادات الحيوية.

قال الدكتور سيزار دي لا فوينتي، من جامعة بنسلفانيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، والذي قاد فريق البحث: "يتيح لنا هذا اكتشاف تسلسلات وأنواع جديدة من الجزيئات لم تُكتشف من قبل في الكائنات الحية، مما يفتح لنا آفاقًا أوسع للتفكير في التنوع الجزيئي". وأضاف: "لم يسبق لبكتيريا اليوم أن واجهت هذه الجزيئات الجديدة، لذا قد تُمثل هذه فرصة جيدة للتعامل مع مسببات الأمراض التي يصعب علاجها اليوم".

يقول الخبراء إن هناك حاجة ماسة إلى اكتشافات جديدة حول البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. وصرح مايكل ماهان، أستاذ علم الأحياء الجزيئي والخلوي والنمائي في جامعة كاليفورنيا، بيركلي: "يواجه العالم أزمة مقاومة للمضادات الحيوية... إذا أردنا العودة بالزمن إلى الوراء لإيجاد حلول ممكنة للمستقبل، فأنا أؤيد ذلك تمامًا".

اقتراحات من "حديقة جوراسيك"

معظم المضادات الحيوية مصدرها البكتيريا والفطريات، التي اكتُشفت بفحص الكائنات الدقيقة التي تعيش في التربة. لكن في العقود الأخيرة، أدى الإفراط في استخدام المضادات الحيوية إلى تطوير مسببات الأمراض مقاومة لها.

على مدار العقد الماضي، استخدم دي لا فوينتي أساليب حاسوبية لتقييم إمكانات مختلف الببتيدات كبدائل للمضادات الحيوية. وفي أحد الأيام في المختبر، ظهر فيلم "جوراسيك بارك" الناجح، مما دفع الفريق إلى فكرة دراسة الجزيئات المنقرضة. وقال: "لماذا لا نعيد جزيئات من الماضي؟"

للعثور على ببتيدات غير معروفة سابقًا، درّب الفريق خوارزمية ذكاء اصطناعي للتعرف على المواقع المجزأة في البروتينات البشرية التي قد تكون ذات نشاط مضاد للبكتيريا. ثم طبّق العلماء هذه الخوارزمية على تسلسلات بروتينية متاحة للعامة من الإنسان العاقل، وإنسان نياندرتال، وإنسان دينيسوفا، وهو نوع بشري قديم آخر وثيق الصلة بإنسان نياندرتال.

ثم استخدم الفريق خصائص الببتيدات المضادة للبكتيريا السابقة للتنبؤ بالببتيدات القديمة الأكثر احتمالية لقتل البكتيريا.

بعد ذلك، قام الفريق بتصنيع واختبار 69 ببتيدًا من أقوى الببتيدات لمعرفة مدى قدرتها على القضاء على البكتيريا. اختار الفريق ستة منها، منها أربعة من البشر المعاصرين، وواحد من إنسان نياندرتال، وواحد من إنسان دينيسوفا.

عرّضهم الفريق لفئران مصابة ببكتيريا Acinetobacter baumannii، وهي سبب شائع للعدوى المكتسبة من المستشفيات لدى البشر. (العدوى المكتسبة من المستشفيات هي عدوى يصاب بها المريض أثناء وجوده في المستشفى ولم تكن موجودة عند دخوله).

من جاءت فكرة مقاومة المضادات الحيوية وهل انقرض إنسان نياندرتال الصورة 2 — من بين الببتيدات الستة التي اختارتها الخوارزمية، كان أحدها من إنسان نياندرتال الأكثر فعالية في مكافحة مسببات الأمراض لدى الفئران المصابة بالبكتيريا، وفقًا لرائد التكنولوجيا الحيوية سيزار دي لا فوينتي من جامعة بنسلفانيا. (الصورة: جامعة بنسلفانيا)

أعتقد أن إحدى أكثر اللحظات إثارةً كانت عندما أعدنا بناء الجزيئات كيميائيًا في المختبر، ثم أعدناها إلى الحياة لأول مرة. كان من المذهل من منظور علمي رؤية تلك اللحظة، كما قال دي لا فوينتي.

وفي الفئران المصابة بخراجات الجلد، قتلت الببتيدات البكتيريا بشكل فعال؛ وفي الفئران المصابة بعدوى الفخذ، كانت الببتيدات أقل فعالية ولكنها لا تزال تمنع نمو البكتيريا.

وقال دي لا فوينتي: "كان أفضل ببتيد هو ما نسميه نياندرتال 1، من إنسان نياندرتال، وكان هذا هو الببتيد الذي عمل بشكل أفضل في الفئران".

هناك حاجة إلى مزيد من البحث

مع ذلك، أكد دي لا فوينتي أن أيًا من الببتيدات ليس جاهزًا للاستخدام كمضادات حيوية، بل سيتطلب تعديلات مكثفة. في بحث من المقرر نشره العام المقبل، طوّر هو وزملاؤه نموذجًا جديدًا للتعلم العميق لاستكشاف تسلسلات البروتين في 208 كائنات منقرضة، تتوفر معلومات وراثية مفصلة عنها.

اكتشف الفريق أكثر من 11,000 ببتيد مضاد للميكروبات لم يُكتشف سابقًا، ولم يُعثر عليه إلا في كائنات منقرضة، وقاموا بتصنيع الببتيدات الواعدة من الماموث الصوفي السيبيري، وبقرة البحر ستيلر (ثدييات بحرية انقرضت في القرن الثامن عشر بسبب الصيد في القطب الشمالي)، والكسلان العملاق، والموظ الأيرلندي العملاق (ميغالوسيروس جيجانتيوس). وقال إن الببتيدات المكتشفة حديثًا تتمتع "بنشاط ممتاز مضاد للعدوى" لدى الفئران.

قال الدكتور دميتري جيلاروف، قائد الفريق البحثي في مركز جون إينيس بالمملكة المتحدة، إن عائق إيجاد مضادات حيوية جديدة يكمن في عدم استقرارها وصعوبة تصنيعها. وأضاف: "هناك العديد من هذه المضادات الحيوية الببتيدية التي لم تُطوَّر ولم تُطوَّر من قِبَل الصناعة بسبب صعوبات مثل سميتها".

ومن بين 10 آلاف مركب واعد حددها الباحثون، حصل مضاد حيوي واحد أو اثنان فقط على موافقة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، وفقًا لدراسة نُشرت في مايو/أيار 2021.

قالت الدكتورة مونيك فان هوك، أستاذة ومديرة مشاركة للأبحاث في كلية علم الأحياء الأنظمة في جامعة جورج ماسون (الولايات المتحدة الأمريكية)، إنه من النادر جدًا أن يقوم الببتيد الموجود في الطبيعة بإنشاء دواء جديد أو نوع آخر من المضادات الحيوية بشكل مباشر.

وقال فان هوك إن اكتشاف الببتيد الجديد سيمهد الطريق للباحثين لاستخدام التقنيات الحسابية لاستكشاف وتحسين إمكانات الببتيد كمضاد حيوي جديد.

تُركز فان هوك حاليًا أبحاثها على ببتيد صناعي مُشتق من ببتيد طبيعي موجود في التماسيح الأمريكية. يخضع الببتيد حاليًا لاختبارات ما قبل السريرية.

ورغم أنه قد يبدو غريباً الحصول على مضادات حيوية جديدة من التماسيح المنقرضة أو البشر، فإن شدة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية تجعل مثل هذا البحث جديراً بالاهتمام، كما يقول فان هوك.

هواي فونج (بحسب سي إن إن)

[إعلان 2]
مصدر