Mesterséges intelligencia segítségével visszahozzák a „neandervölgyi antibiotikumokat”

Az antibiotikum-rezisztens baktériumok veszélye

A WHO szerint, mivel a világon évente közel 5 millió halálesettel néz szembe az antibiotikum-rezisztens baktériumok, rendkívül sürgetővé vált a helyzet kezelésére alkalmas potenciális gyógyszerek megtalálása.

Most a biotechnológia úttörője, César de la Fuente vezette csapat mesterséges intelligencia (MI) alapú számítási módszereket használ kihalt emberi rokonok, például a neandervölgyiek genetikai tulajdonságainak kinyerésére, hogy antibiotikumaikat 40 000 évvel ezelőttre hozzák vissza.

A kihalt neandervölgyi faj modellje. Fotó: Getty

Kutatások révén a tudósok számos olyan apró fehérje- vagy peptidmolekulát fedeztek fel, amelyek képesek leküzdeni a baktériumokat, ami utat nyithat az emberi fertőzések leküzdésére szolgáló új gyógyszerek számára.

Az antibiotikumok (mint például a penicillin) természetes úton (egy másik antimikrobiális mikroorganizmus által) termelődnek, míg a nem antibiotikumos antibakteriális szerek (mint például a szulfonamidok és az antiszeptikumok) teljesen szintetikusak.

Mindkettő célja azonban ugyanaz: a mikroorganizmusok elpusztítása vagy szaporodásának megakadályozása, és mindkettő az antimikrobiális kemoterápia alá tartozik. Az antibakteriális szerek közé tartoznak az antiszeptikumok, antibakteriális szappanok és kémiai mosószerek; míg az antibiotikumok az antibakteriális szerek speciálisabb típusai, amelyeket az orvostudományban és néha az állati takarmányokban használnak.

Az antibiotikumok nem hatnak a megfázáshoz vagy influenzához hasonló betegségeket okozó vírusok ellen, ezért a vírusokat gátló gyógyszereket vírusellenes szereknek vagy vírusellenes szereknek nevezik, nem antibiotikumoknak.

„Lehetővé teszi számunkra új szekvenciák, új típusú molekulák felfedezését , amelyeket korábban még nem láttak élő szervezetekben, ami megnyitja a szemünket a molekuláris sokféleség szélesebb körű megértése felé” – mondta Dr. Cesar de la Fuente, a Pennsylvaniai Egyetem (USA) munkatársa, a kutatócsoport vezetője. „A mai baktériumok még soha nem találkoztak ezekkel az új molekulákkal, így ez jó lehetőség lehet a mai nehezen kezelhető kórokozók kezelésére.”

A szakértők szerint sürgősen szükség van új felfedezésekre az antibiotikum-rezisztens baktériumokkal kapcsolatban. „A világ antibiotikum-rezisztencia válsággal néz szembe… Ha vissza kell mennünk az időben, hogy a jövőre vonatkozó lehetséges megoldásokat találjunk, én benne vagyok” – mondta Michael Mahan, a Kaliforniai Egyetem, Berkeley molekuláris, sejtbiológia és fejlődésbiológia professzora.

Javaslatok a „Jurassic Park”-ból

A legtöbb antibiotikum baktériumokból és gombákból származik, melyeket a talajlakó mikrobák szűrésével fedeztek fel. Az elmúlt évtizedekben azonban az antibiotikumok túlzott használata a kórokozók rezisztenciájának kialakulásához vezetett.

Az elmúlt évtizedben De la Fuente számítógépes módszereket használt különféle peptidek antibiotikum-alternatívaként való potenciáljának értékelésére. Egyik nap a laborban felmerült a nagysikerű „Jurassic Park”, ami ötletet adott a csapatnak a kihalt molekulák tanulmányozására. „Miért ne hoznánk vissza a múlt molekuláit?” – kérdezte.

Korábban ismeretlen peptidek felkutatásához a csapat egy mesterséges intelligencia algoritmust képzett, amely képes felismerni az emberi fehérjékben található, esetleg antibakteriális aktivitással rendelkező fragmentált helyeket. A tudósok ezt követően nyilvánosan elérhető fehérjeszekvenciákra alkalmazták, amelyek a Homo sapiens, a neandervölgyiek és a gyenyiszovaiak – egy másik, a neandervölgyiekhez szorosan kapcsolódó archaikus emberfaj – fehérjeszekvenciáira.

A csapat ezután korábbi antibakteriális peptidek tulajdonságait felhasználva jósolta meg, hogy mely ősi peptidek ölik meg a legvalószínűbben a baktériumokat.

Ezután a csapat szintetizálta és tesztelte a 69 legígéretesebb peptidet, hogy kiderítse, képesek-e elpusztítani a baktériumokat. A hat leghatékonyabbat választották ki, köztük négyet a modern embertől, egyet a neandervölgyiektől és egyet a gyenyiszovaiaktól.

A csapat az Acinetobacter baumannii baktériummal fertőzött egereknek tette ki őket ki, amely az embereknél a kórházban szerzett fertőzések gyakori oka. (A kórházban szerzett fertőzés olyan fertőzés, amelyet a beteg a kórházban tartózkodása alatt szerez meg, és felvételekor még nem volt jelen.)

Az algoritmus által kiválasztott hat peptid közül egy, egy neandervölgyi embertől származó peptid bizonyult a leghatékonyabbnak a baktériumokkal fertőzött egerek kórokozóinak leküzdésében – mondja a biotechnológia úttörője, César de la Fuente, a Pennsylvaniai Egyetem munkatársa. (Fotó: Pennsylvaniai Egyetem)

„Azt hiszem, az egyik legizgalmasabb pillanat az volt, amikor kémiailag rekonstruáltunk molekulákat a laboratóriumban, majd először keltettük életre őket. Tudományos szempontból lenyűgöző volt ezt látni” – mondta De la Fuente.

Bőrtályogokkal fertőzött egerekben a peptidek aktívan elpusztították a baktériumokat; combfertőzésekkel küzdő egerekben a peptidek kevésbé voltak hatékonyak, de továbbra is megakadályozták a baktériumok szaporodását.

„A legjobb peptid az úgynevezett Neandervölgyi 1 volt, a neandervölgyiektől származik, és ez működött a legjobban egerekben” – mondta De la Fuente.

További kutatásokra van szükség

Mr. De la Fuente azonban hangsúlyozta, hogy egyik peptid sem „kész antibiotikumként való felhasználásra”, ehelyett sok finomhangolást igényelne. A jövőre megjelenő kutatásában kollégáival egy új mélytanulási modellt fejlesztettek ki 208 kihalt organizmus fehérjeszekvenciáinak feltárására, amelyekről részletes genetikai információk álltak rendelkezésre.

A csapat több mint 11 000 korábban felfedezetlen, potenciális antimikrobiális peptidet talált, amelyek csak kihalt élőlényekben találhatók meg, a legígéretesebb peptideket pedig a szibériai gyapjas mamutból, a Steller-tengeri tehénből (egy tengeri emlős, amely a 18. században halt ki az arktiszi vadászat miatt), az óriáslajhárból és az ír óriásjávorszarvasból (Megaloceros giganteus) szintetizálták. Azt mondta, hogy az újonnan felfedezett peptidek „kiváló fertőzésellenes aktivitást” mutattak egerekben.

Dr. Dmitrij Gilarov, a brit John Innes Központ csoportvezetője szerint az új antibiotikumok felfedezésének szűk keresztmetszete, hogy instabilak és nehezen szintetizálhatók. „Sok ilyen peptid antibiotikumot nem fejleszt és nem alkalmaz az ipar olyan nehézségek miatt, mint a toxicitás” – mondta Gilarov.

A kutatók által azonosított 10 000 ígéretes vegyület közül csak egy vagy két antibiotikum kapott engedélyt az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatalától (FDA) egy 2021 májusában közzétett tanulmány szerint.

Dr. Monique van Hoek, a George Mason Egyetem (USA) Rendszerbiológiai Tanszékének professzora és kutatási igazgatóhelyettese elmondta, hogy nagyon ritka, hogy egy természetben előforduló peptid közvetlenül új gyógyszert vagy más új antibiotikumot hozzon létre.

Egy új peptid felfedezése megteremti a lehetőséget a kutatók számára, hogy számítási technikákat alkalmazzanak a peptid új antibiotikumként való potenciáljának feltárására és optimalizálására, Van Hoek szerint.

Van Hoek jelenleg egy amerikai aligátorokban található természetes peptidből származó szintetikus peptidre összpontosítja kutatásait. A peptid jelenleg preklinikai tesztelés alatt áll.

Bár furcsának tűnhet új antibiotikumokat kihalt krokodilokból vagy emberekből kivonni, az antibiotikum-rezisztens baktériumok súlyossága miatt érdemes ilyen kutatásokat végezni, mondja Van Hoek asszony.

Hoai Phuong (a CNN szerint)

Forrás: https://www.congluan.vn/chong-khang-khang-sinh-y-tuong-tu-ai-va-nguoi-neanderthal-da-tuyet-chung-post276832.html