Menggunakan AI untuk mengembalikan 'antibiotik Neanderthal'

Ancaman bakteri resistan antibiotik

Menurut WHO, karena dunia menghadapi hampir 5 juta kematian setiap tahun terkait dengan bakteri yang resistan terhadap antibiotik, kebutuhan untuk menemukan obat potensial untuk menangani situasi ini sangatlah mendesak.

Sekarang, tim yang dipimpin oleh pelopor bioteknologi César de la Fuente menggunakan metode komputasi berbasis kecerdasan buatan (AI) untuk menambang sifat genetik dari kerabat manusia yang telah punah seperti Neanderthal, untuk membawa antibiotik mereka kembali ke 40.000 tahun yang lalu.

Model spesies manusia Neanderthal yang telah punah. Foto: Getty

Melalui penelitian, para ilmuwan telah menemukan sejumlah molekul protein atau peptida kecil yang memiliki kemampuan untuk melawan bakteri, yang dapat membuka jalan bagi obat baru untuk melawan infeksi pada manusia.

Antibiotik (seperti penisilin) ​​adalah antibiotik yang diproduksi secara alami (oleh mikroorganisme antimikroba lain), sedangkan antimikroba non-antibiotik (seperti sulfonamida dan antiseptik) adalah antibiotik yang sepenuhnya sintetis.

Namun, kedua jenis tersebut memiliki tujuan yang sama, yaitu membunuh atau mencegah pertumbuhan mikroorganisme, dan keduanya termasuk dalam kategori kemoterapi antimikroba. Antibakteri meliputi antiseptik, sabun antibakteri, dan deterjen kimia; sedangkan antibiotik adalah jenis antibakteri yang lebih khusus yang digunakan dalam pengobatan dan terkadang dalam pakan ternak.

Antibiotik tidak bekerja melawan virus yang menyebabkan penyakit seperti pilek atau flu, jadi obat yang menghambat virus disebut antivirus atau antiretroviral, bukan antibiotik.

"Hal ini memungkinkan kita menemukan sekuens baru, jenis molekul baru yang belum pernah terlihat pada organisme hidup, yang membuka peluang bagi kita untuk berpikir lebih luas tentang keragaman molekuler," ujar Dr. Cesar de la Fuente dari University of Pennsylvania (AS), yang memimpin tim peneliti. "Bakteri masa kini belum pernah menemukan molekul-molekul baru ini, jadi ini bisa menjadi peluang bagus untuk menangani patogen masa kini yang sulit diobati."

Para ahli mengatakan temuan baru mengenai bakteri yang resistan terhadap antibiotik sangat dibutuhkan. "Dunia sedang menghadapi krisis resistensi antibiotik... Jika kita perlu kembali ke masa lalu untuk menemukan solusi potensial bagi masa depan, saya sangat mendukungnya," ujar Michael Mahan, profesor biologi molekuler, seluler, dan perkembangan di University of California, Berkeley.

Saran dari “Jurassic Park”

Sebagian besar antibiotik berasal dari bakteri dan jamur, yang ditemukan melalui penyaringan mikroorganisme yang hidup di dalam tanah. Namun, dalam beberapa dekade terakhir, penggunaan antibiotik yang berlebihan telah menyebabkan patogen mengembangkan resistensi terhadapnya.

Selama dekade terakhir, De la Fuente telah menggunakan metode komputasi untuk mengevaluasi potensi berbagai peptida sebagai pengganti antibiotik. Suatu hari di laboratorium, film laris "Jurassic Park" muncul, memberi tim ide untuk mempelajari molekul yang telah punah. "Mengapa tidak menghidupkan kembali molekul dari masa lalu?" tanyanya.

Untuk menemukan peptida yang sebelumnya tidak diketahui, tim melatih algoritma AI untuk mengenali situs terfragmentasi dalam protein manusia yang mungkin memiliki aktivitas antibakteri. Para ilmuwan kemudian menerapkannya pada sekuens protein yang tersedia untuk umum dari Homo sapiens, Homo neanderthalensis, dan Denisova — spesies manusia purba lain yang berkerabat dekat dengan Neanderthal.

Tim kemudian menggunakan sifat-sifat peptida antibakteri sebelumnya untuk memprediksi peptida kuno mana yang paling mungkin membunuh bakteri.

Selanjutnya, tim mensintesis dan menguji 69 peptida paling ampuh untuk melihat apakah mereka dapat membunuh bakteri tersebut. Tim memilih enam peptida paling ampuh, termasuk empat dari manusia modern, satu dari Neanderthal, dan satu dari Denisova.

Tim tersebut memaparkan mereka pada tikus yang terinfeksi bakteri Acinetobacter baumannii, penyebab umum infeksi yang didapat di rumah sakit pada manusia. (Infeksi yang didapat di rumah sakit adalah infeksi yang didapat pasien saat dirawat di rumah sakit, yang tidak ada saat mereka dirawat.)

Dari enam peptida yang dipilih oleh algoritma, satu dari Neanderthal adalah yang paling efektif dalam melawan patogen pada tikus yang terinfeksi bakteri, kata pelopor bioteknologi César de la Fuente dari Universitas Pennsylvania. (Foto: Universitas Pennsylvania)

"Saya rasa salah satu momen paling menarik adalah ketika kami merekonstruksi molekul secara kimiawi di laboratorium, lalu menghidupkannya kembali untuk pertama kalinya. Sungguh menakjubkan dari sudut pandang ilmiah menyaksikan momen itu," ujar De la Fuente.

Pada tikus yang terinfeksi abses kulit, peptida secara aktif membunuh bakteri; pada tikus dengan infeksi paha, peptida kurang efektif tetapi masih mencegah pertumbuhan bakteri.

“Peptida terbaik adalah apa yang kami sebut Neanderthal 1, dari Neanderthal, dan itulah yang bekerja paling baik pada tikus,” kata De la Fuente.

Diperlukan penelitian lebih lanjut

Namun, De la Fuente menekankan bahwa tidak ada satu pun peptida yang "siap digunakan sebagai antibiotik" dan justru memerlukan modifikasi yang ekstensif. Dalam penelitian yang akan diterbitkan tahun depan, ia dan rekan-rekannya mengembangkan model pembelajaran mendalam baru untuk mengeksplorasi urutan protein dari 208 organisme yang telah punah dan informasi genetik detailnya tersedia.

Tim tersebut menemukan lebih dari 11.000 peptida antimikroba potensial yang sebelumnya belum ditemukan dan hanya ditemukan pada makhluk yang telah punah, dan mensintesis peptida yang paling menjanjikan dari mammoth berbulu Siberia, sapi laut Steller (mamalia laut yang punah pada abad ke-18 akibat perburuan di Arktik), kukang raksasa, dan rusa besar Irlandia (Megaloceros giganteus). Ia mengatakan bahwa peptida yang baru ditemukan ini memiliki "aktivitas anti-infeksi yang sangat baik" pada tikus.

Dr. Dmitry Ghilarov, ketua kelompok di John Innes Centre di Inggris, mengatakan hambatan dalam menemukan antibiotik baru adalah sifatnya yang tidak stabil dan sulit disintesis. "Banyak antibiotik peptida ini tidak dikembangkan dan dikembangkan oleh industri karena kesulitan seperti toksisitas," ujar Ghilarov.

Dari 10.000 senyawa menjanjikan yang diidentifikasi oleh para peneliti, hanya satu atau dua antibiotik yang telah menerima persetujuan dari Badan Pengawas Obat dan Makanan AS, menurut sebuah makalah yang diterbitkan pada Mei 2021.

Dr. Monique van Hoek, profesor dan direktur asosiasi penelitian di Sekolah Biologi Sistem di Universitas George Mason (AS), mengatakan sangat jarang peptida yang ditemukan di alam dapat secara langsung menciptakan obat baru atau jenis antibiotik lainnya.

Penemuan peptida baru akan menyiapkan panggung bagi para peneliti untuk menggunakan teknik komputasi untuk mengeksplorasi dan mengoptimalkan potensi peptida sebagai antibiotik baru, menurut Van Hoek.

Van Hoek saat ini memfokuskan penelitiannya pada peptida sintetis yang berasal dari peptida alami yang ditemukan pada aligator Amerika. Peptida tersebut saat ini sedang menjalani uji praklinis.

Meskipun tampaknya aneh untuk mendapatkan antibiotik baru dari buaya atau manusia yang telah punah, tingkat keparahan bakteri yang resistan terhadap antibiotik membuat penelitian tersebut berharga, kata Van Hoek.

Hoai Phuong (menurut CNN)

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