שימוש בבינה מלאכותית כדי להחזיר את "האנטיביוטיקה הניאנדרטלית" לשוק

[מודעה_1]

האיום של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה

על פי ארגון הבריאות העולמי, כיוון שהעולם מתמודד עם כמעט 5 מיליון מקרי מוות מדי שנה הקשורים לחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, הצורך למצוא תרופות פוטנציאליות להתמודדות עם מצב זה הוא דחוף ביותר.

כעת, צוות בראשות חלוץ הביוטכנולוגיה סזאר דה לה פואנטה משתמש בשיטות חישוביות מבוססות בינה מלאכותית (AI) כדי לכרות תכונות גנטיות מקרובי משפחה אנושיים שנכחדו כמו ניאנדרטלים, כדי להחזיר את האנטיביוטיקה שלהם 40,000 שנה אחורה.

עמידות לאנטיביוטיקה הגיעה ממי והניאנדרטלים נכחדו תמונה 1 — דגם של המין הניאנדרטלי שנכחד. צילום: Getty

באמצעות מחקר, מדענים גילו מספר מולקולות קטנות של חלבונים או פפטידים בעלות יכולת להילחם בחיידקים, מה שיכול לסלול את הדרך לתרופות חדשות למלחמה בזיהומים בבני אדם.

אנטיביוטיקה (כגון פניצילין) היא תרופה המיוצרת באופן טבעי (על ידי מיקרואורגניזם אנטי-מיקרוביאלי אחר), בעוד שתרופות אנטי-בקטריאליות שאינן אנטיביוטיות (כגון סולפונמידים וחומרים אנטיספטיים) הן תרופות סינתטיות לחלוטין.
עם זאת, לשניהם מטרה זהה של הריגת או מניעת גדילת מיקרואורגניזמים, ושניהם נופלים תחת המטריה של כימותרפיה אנטי-מיקרוביאלית. אנטיבקטריאליים כוללים חומרים חיטוי, סבונים אנטיבקטריאליים וחומרי ניקוי כימיים; בעוד שאנטיביוטיקה היא סוג מיוחד יותר של אנטיבקטריאלים המשמשים ברפואה ולעיתים במזון לבעלי חיים.
אנטיביוטיקה אינה פועלת נגד וירוסים הגורמים למחלות כמו הצטננות או שפעת, ולכן תרופות המעכבות וירוסים נקראות תרופות אנטי-ויראליות או תרופות אנטי-ויראליות, ולא אנטיביוטיקה.

"זה מאפשר לנו לגלות רצפים חדשים, סוגים חדשים של מולקולות שמעולם לא נראו באורגניזמים חיים, מה שפותח לנו חשיבה רחבה יותר על גיוון מולקולרי", אמר ד"ר סזאר דה לה פואנטה מאוניברסיטת פנסילבניה (ארה"ב), שעמד בראש צוות המחקר. "החיידקים של ימינו מעולם לא נחשפו למולקולות החדשות הללו, כך שזו יכולה להיות הזדמנות טובה להתמודד עם פתוגנים שקשה לטפל בהם כיום."

מומחים אומרים שיש צורך דחוף בתגליות חדשות בנוגע לחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. "העולם עומד בפני משבר עמידות לאנטיביוטיקה... אם עלינו לחזור בזמן כדי למצוא פתרונות פוטנציאליים לעתיד, אני לגמרי בעד", אמר מייקל מהאן, פרופסור לביולוגיה מולקולרית, תאית והתפתחותית באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי.

הצעות מ"פארק היורה"

רוב האנטיביוטיקה מקורה בחיידקים ופטריות, שהתגלו על ידי סינון חיידקים השוכנים בקרקע. אך בעשורים האחרונים, שימוש יתר באנטיביוטיקה הוביל לפיתוח עמידות בקרב פתוגנים.

במהלך העשור האחרון, דה לה פואנטה השתמש בשיטות חישוביות כדי להעריך את הפוטנציאל של פפטידים שונים כחלופות לאנטיביוטיקה. יום אחד במעבדה, עלה סרט שובר הקופות "פארק היורה", מה שנתן לצוות את הרעיון לחקור מולקולות שנכחדו. "למה לא להחזיר מולקולות מהעבר?", הוא אמר.

כדי למצוא פפטידים שלא היו ידועים קודם לכן, הצוות אימן אלגוריתם של בינה מלאכותית לזהות אתרים מקוטעים בחלבונים אנושיים שעשויים להיות בעלי פעילות אנטיבקטריאלית. לאחר מכן, המדענים יישמו אותו על רצפי חלבונים זמינים לציבור מהומו סאפיינס, ניאנדרטלים ודניסובנים, מין אנושי ארכאי נוסף הקשור קשר הדוק לניאנדרטלים.

לאחר מכן, הצוות השתמש בתכונות של פפטידים אנטיבקטריאליים קודמים כדי לחזות אילו פפטידים עתיקים היו בעלי הסיכוי הגבוה ביותר להרוג חיידקים.

לאחר מכן, הצוות סינתז ובדק את 69 הפפטידים המבטיחים ביותר כדי לראות אם הם יכולים להרוג חיידקים. הצוות בחר את ששת הפפטידים החזקים ביותר, כולל ארבעה מבני אדם מודרניים, אחד מניאנדרטלים ואחד מדניסובים.

הצוות חשף אותם לעכברים שנדבקו בחיידק Acinetobacter baumannii, גורם שכיח לזיהומים הנרכשים בבתי חולים בבני אדם. (זיהום הנרכש בבית חולים הוא זיהום שמטופל נדבק בו בזמן שהותו בבית החולים ולא היה לו בעת אשפוזו).

עמידות לאנטיביוטיקה הגיעה ממי והניאנדרטלים נכחדו תמונה 2 — מבין ששת הפפטידים שנבחרו על ידי האלגוריתם, אחד מאדם ניאנדרטלי היה היעיל ביותר במלחמה בפתוגנים בעכברים נגועים בחיידקים, אומר חלוץ הביוטכנולוגיה סזאר דה לה פואנטה מאוניברסיטת פנסילבניה. (צילום: אוניברסיטת פנסילבניה)

"אני חושב שאחד הרגעים המרגשים ביותר היה כאשר יצרנו מחדש מולקולות כימיות במעבדה ואז החיינו אותן בפעם הראשונה. זה היה מדהים מנקודת מבט מדעית לראות את זה", אמר דה לה פואנטה.

בעכברים שנדבקו באבצסות עור, הפפטידים הרגו באופן פעיל חיידקים; בעכברים עם זיהומים בירכיים, הפפטידים היו פחות יעילים אך עדיין מנעו צמיחה של חיידקים.

"הפפטיד הטוב ביותר היה מה שאנו מכנים ניאנדרטלי 1, מניאנדרטלים, וזה היה זה שעבד בצורה הטובה ביותר בעכברים", אמר דה לה פואנטה.

יש צורך במחקר נוסף

עם זאת, מר דה לה פואנטה הדגיש כי אף אחד מהפפטידים אינו "מוכן לשימוש כאנטיביוטיקה", ובמקום זאת ידרוש שינויים רבים. במחקר שיתפרסם בשנה הבאה, הוא ועמיתיו פיתחו מודל למידה עמוקה חדש כדי לחקור את רצפי החלבונים של 208 אורגניזמים שנכחדו, שעבורם מידע גנטי מפורט זמין.

הצוות מצא יותר מ-11,000 פפטידים פוטנציאליים אנטי-מיקרוביאליים שלא התגלו קודם לכן, שנמצאו רק ביצורים שנכחדו, וסינתזו את הפפטידים המבטיחים ביותר מהממותה הצמרירית הסיבירית, פרת הים של סטלר (יונק ימי שנכחד במאה ה-18 עקב ציד באזור הארקטי), העצלן הענק והאייל הענק האירי (Megaloceros giganteus). הוא אמר שלפפטידים שהתגלו לאחרונה יש "פעילות אנטי-זיהומית מצוינת" בעכברים.

ד"ר דמיטרי גילרוב, ראש הקבוצה במרכז ג'ון אינס בבריטניה, אמר כי צוואר הבקבוק במציאת אנטיביוטיקה חדשה הוא שהן עלולות להיות לא יציבות וקשה לסינתזה. "ישנן רבות מאנטיביוטיקה פפטידית זו שלא מפותחת ולא נחקקת על ידי התעשייה בגלל קשיים כמו רעילות", אמר גילרוב.

מתוך 10,000 התרכובות המבטיחות שזוהו על ידי חוקרים, רק אנטיביוטיקה אחת או שתיים קיבלו אישור ממנהל המזון והתרופות האמריקאי, על פי מאמר שפורסם במאי 2021.

ד"ר מוניק ואן הוק, פרופסור ומנהלת מחקר משנה בבית הספר לביולוגיה של מערכות באוניברסיטת ג'ורג' מייסון (ארה"ב), אמרה כי נדיר מאוד שפפטיד שנמצא בטבע ייצור ישירות תרופה חדשה או אנטיביוטיקה חדשה אחרת.

גילוי פפטיד חדש יסלול את הדרך לחוקרים להשתמש בטכניקות חישוביות כדי לחקור ולמטב את הפוטנציאל של הפפטיד כאנטיביוטיקה חדשה, על פי ואן הוק.

ואן הוק ממקדת כעת את מחקרה בפפטיד סינתטי שמקורו בפפטיד טבעי שנמצא באליגטורים אמריקאים. הפפטיד נמצא כעת בתהליך ניסויים פרה-קליניים.

למרות שזה אולי נראה מוזר למצוא אנטיביוטיקה חדשה מתנינים שנכחדו או מבני אדם, חומרתם של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה הופכת מחקר כזה לכדאי, אומרת גב' ואן הוק.

Hoai Phuong (לפי CNN)

[מודעה_2]
מָקוֹר