Mesterséges intelligencia segítségével visszahozzák a „neandervölgyi antibiotikumokat”

Az antibiotikum-rezisztens baktériumok veszélye

A WHO szerint, mivel a világon évente közel 5 millió haláleset történik antibiotikum-rezisztens baktériumok miatt, rendkívül sürgető szükség van olyan gyógyszerek megtalálására, amelyekkel leküzdhető ez a helyzet.

A biotechnológia úttörője, César de la Fuente vezette kutatócsoport nemrégiben mesterséges intelligencia (MI) alapú számítási módszereket használt kihalt emberi rokonok, például a neandervölgyiek genetikai tulajdonságainak kiaknázására, azzal a céllal, hogy visszahozza 40 000 évvel ezelőtti antibiotikus tulajdonságaikat.

A kihalt neandervölgyi emberfaj modellje. Fotó: Getty

Kutatásaik során a tudósok felfedeztek bizonyos apró fehérje- vagy peptidmolekulákat, amelyek képesek leküzdeni a baktériumokat, ami utat nyithat az emberi fertőzések leküzdésére szolgáló új gyógyszerek számára.

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

Mindkét típus közös célja azonban a mikroorganizmusok elpusztítása vagy szaporodásának gátlása, és mindkettő az antimikrobiális kemoterápia kategóriájába tartozik. Az antimikrobiális szerek közé tartoznak az antiszeptikumok, az antimikrobiális szappanok és a kémiai mosószerek; míg az antibiotikumok az orvostudományban és néha az állati takarmányokban használt speciálisabb antimikrobiális szerek.

Az antibiotikumok hatástalanok a náthához vagy influenzához hasonló betegségeket okozó vírusokkal szemben; a vírusokat gátló gyógyszereket vírusellenes szereknek vagy vírusellenes gyógyszereknek nevezik, nem antibiotikumoknak.

„Lehetővé teszi számunkra új szekvenciák, új típusú molekulák felfedezését , amelyeket korábban soha nem találtak élő szervezetekben, tágabb lehetőségeket nyitva meg a molekuláris sokféleségről való gondolkodásban” – mondta Dr. Cesar de la Fuente a Pennsylvaniai Egyetemről (USA), a kutatócsoport vezetője. „A jelenlegi baktériumok még soha nem voltak kitéve ezeknek az új molekuláknak, így ez jó lehetőség lehet a mai nehezen kezelhető kórokozók leküzdésére.”

A szakértők úgy vélik, hogy az antibiotikum-rezisztens baktériumokkal kapcsolatos új eredmények rendkívül fontosak. „A világ antibiotikum-rezisztencia válsággal néz szembe… Ha vissza kell térnünk a múltba, hogy lehetséges megoldásokat találjunk a jövőre nézve, akkor teljes mértékben támogatom” – mondta Michael Mahan, a Kaliforniai Egyetem (USA) molekuláris, sejtbiológia és fejlődésbiológia professzora.

Ötletek a "Jurassic Parkból"

A legtöbb antibiotikum mikroorganizmusokból és gombákból származik, melyeket a talajban élő mikroorganizmusok szűrésével fedeznek fel. Az elmúlt évtizedekben azonban az antibiotikumok túlzott használata miatt a kórokozók rezisztenciát fejlesztettek ki velük szemben.

Az elmúlt évtizedben De la Fuente számítógépes módszereket használt a különféle peptidek antibiotikumok alternatívájaként való felhasználásának lehetőségeinek felmérésére. Egyik nap a laborban váratlanul a nagy sikerű „Jurassic Park” című film jutott eszébe, ami felkeltette a csapat ötletét a kihalt molekulák tanulmányozására. „Miért ne hoznánk vissza a múlt molekuláit?” – kérdezte.

A korábban ismeretlen peptidek felfedezéséhez a kutatócsoport egy mesterséges intelligencia által létrehozott algoritmust képezett ki, amely képes azonosítani az emberi fehérjékben található, esetleg antimikrobiális aktivitással rendelkező fragmentált helyeket. A tudósok ezt követően ezt alkalmazták a modern ember (Homo sapiens), a neandervölgyiek (Homo neanderthalensis) és a gyenyiszovaiak – egy másik, a neandervölgyiekkel szoros rokonságban álló ősi emberi faj – nyilvánosan elérhető fehérjeszekvenciáira.

A kutatócsoport ezután korábban vizsgált antimikrobiális peptidek tulajdonságait felhasználva jósolta meg, hogy melyik ősi peptid öli meg a legvalószínűbben a baktériumokat.

Ezután a csapat 69 legígéretesebb peptidet szintetizált és tesztelt, hogy kiderítse, képesek-e elpusztítani a baktériumokat. A kutatócsoport a hat leghatékonyabbat választotta ki, köztük négyet a modern embertől, egyet a neandervölgyiektől és egyet a gyenyiszovaiaktól.

A csapat Acinetobacter baumannii-val fertőzött egereknek tette ki őket, amely baktérium gyakori oka az embereknél a kórházban szerzett fertőzéseknek. (A kórházban szerzett fertőzés olyan fertőzés, amely a kórházi tartózkodás alatt alakul ki a személynél, és amely a felvételkor még nem volt jelen.)

A Pennsylvaniai Egyetem biotechnológiai úttörője, César de la Fuente elmondta, hogy az algoritmus által kiválasztott hat peptid közül a neandervölgyiektől származó egyik peptid bizonyult a leghatékonyabbnak a baktériumokkal fertőzött egerek kórokozóinak leküzdésében. (Kép: Pennsylvaniai Egyetem)

„Azt hiszem, az egyik legizgalmasabb pillanat az volt, amikor kémiailag kinyertünk molekulákat a laboratóriumban, majd először keltettük őket életre. Tudományos szempontból lenyűgöző volt tanúja lenni ennek a pillanatnak” – osztotta meg De la Fuente.

A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a bőrtályogokat fejlesztő fertőzött egerekben a peptidek aktívan elpusztították a baktériumokat; a combfertőzésekkel küzdő egerekben a peptidek kevésbé voltak hatékonyak, de továbbra is megakadályozták a baktériumok szaporodását.

„A legjobb peptid az, amelyet Neanderthalien 1-nek nevezünk, a neandervölgyiektől származik, és ez a leghatékonyabb egereken tesztelve” – mondta De la Fuente.

További kutatásokra van szükség.

De la Fuente azonban hangsúlyozta, hogy egyik peptid sem minősül „antibiotikumként való felhasználásra késznek”, ehelyett jelentős módosításokra lenne szükség. A várhatóan jövőre megjelenő kutatásban ő és kollégái egy új mélytanulási modellt fejlesztettek ki 208 kihalt organizmus fehérjeszekvenciáinak részletes genetikai információkkal történő feltárására.

A kutatócsoport több mint 11 000, korábban soha nem felfedezett, csak kihalt élőlényekben található potenciális antimikrobiális peptidet talált, és a legígéretesebb peptideket a szibériai gyapjas mamutból, a Steller-tengeri tehénből (egy tengeri emlős, amely a 18. században kihalt az arktiszi vadászat miatt), az óriáslajhárból és az óriás ír jávorszarvasból (Megaloceros giganteus) szintetizálta. Elmondta, hogy az újonnan felfedezett peptidek „kiváló fertőzésellenes aktivitást” mutatnak egerekben.

Dr. Dmitrij Gilarov, a brit John Innes Központ vezető kutatója 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.

Egy 2021 májusában megjelent cikk szerint a kutatók által azonosított 10 000 ígéretes vegyület közül csak egy vagy két antibiotikum kapott jóváhagyást az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatalától (FDA).

Dr. Monique van Hoek, a George Mason Egyetem Rendszerbiológiai Karának (USA) professzora és kutatási igazgatóhelyettese elmondta, hogy nagyon ritka, hogy egy természetesen előforduló peptid közvetlenül egy új gyógyszer vagy antibiotikum létrehozásához vezessen.

Van Hoek szerint egy új peptid felfedezése alapot teremt a kutatók számára ahhoz, hogy számítási technikákat alkalmazzanak az új antibiotikumként való potenciáljának feltárására és optimalizálására.

Dr. Van Hoek jelenleg egy amerikai aligátorokban természetesen előforduló peptidből származó szintetikus peptidre összpontosítja kutatásait. A peptid jelenleg preklinikai tesztelés alatt áll.

Van Hoek asszony elmondta, hogy bár furcsának tűnhet új antibiotikum-források keresése kihalt krokodilokból vagy emberekből, az antibiotikum-rezisztens baktériumok súlyossága miatt érdemes ezeket a tanulmányokat elvégezni.

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