Utilizzare l'intelligenza artificiale per riportare in auge gli "antibiotici neandertaliani".

Công Luận•16/12/2023

La minaccia dei batteri resistenti agli antibiotici

Secondo l'OMS, con quasi 5 milioni di decessi all'anno in tutto il mondo causati da batteri resistenti agli antibiotici, è estremamente urgente trovare potenziali farmaci per contrastare questa situazione.

Di recente, un team di ricerca guidato dal pioniere delle biotecnologie César de la Fuente ha utilizzato metodi computazionali basati sull'intelligenza artificiale (IA) per sfruttare le caratteristiche genetiche di antenati umani estinti come i Neanderthal, con l'obiettivo di riportare in vita le loro proprietà antibiotiche di 40.000 anni fa.

Resistenza agli antibiotici, idee simili a quelle degli esseri umani e dei Neanderthal estinti (Figura 1). — Modello dell'estinta specie umana di Neanderthal. Foto: Getty

Grazie alle loro ricerche, gli scienziati hanno scoperto alcune piccole molecole proteiche o peptidiche in grado di combattere i batteri, il che potrebbe aprire la strada a nuovi farmaci per contrastare le infezioni umane.

Gli antibiotici (come la penicillina) sono prodotti naturalmente (da un microrganismo che combatte un altro), mentre gli antimicrobici non antibiotici (come i sulfamidici e gli antisettici) sono interamente sintetici.
Tuttavia, entrambi i tipi condividono l'obiettivo comune di uccidere o inibire la crescita dei microrganismi e rientrano entrambi nella categoria della chemioterapia antimicrobica. Gli agenti antimicrobici includono antisettici, saponi antimicrobici e detergenti chimici; mentre gli antibiotici sono un tipo più specifico di agente antimicrobico utilizzato in medicina e talvolta nei mangimi per animali.
Gli antibiotici sono inefficaci contro i virus che causano malattie come il raffreddore o l'influenza; i farmaci che inibiscono i virus si chiamano antivirali, non antibiotici.

"Ci permette di scoprire nuove sequenze, nuovi tipi di molecole mai trovate prima negli organismi viventi, aprendo a possibilità più ampie per riflettere sulla diversità molecolare", ha affermato il dottor Cesar de la Fuente dell'Università della Pennsylvania (USA), che ha guidato il team di ricerca. "I batteri attualmente presenti non sono mai stati esposti a queste nuove molecole, quindi questa potrebbe essere un'ottima opportunità per combattere i patogeni oggi difficili da trattare".

Gli esperti ritengono che nuove scoperte sui batteri resistenti agli antibiotici siano estremamente necessarie. "Il mondo sta affrontando una crisi di resistenza agli antibiotici... Se dobbiamo tornare al passato per trovare potenziali soluzioni per il futuro, allora lo appoggio pienamente", ha affermato Michael Mahan, professore di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo presso l'Università della California (USA).

Idee tratte da "Jurassic Park"

La maggior parte degli antibiotici deriva da microrganismi e funghi, scoperti attraverso lo screening di microrganismi presenti nel suolo. Tuttavia, negli ultimi decenni, l'uso eccessivo di antibiotici ha causato lo sviluppo di resistenza da parte degli agenti patogeni.

Nel corso dell'ultimo decennio, De la Fuente ha utilizzato metodi computazionali per valutare il potenziale di vari peptidi come alternative agli antibiotici. Un giorno, in laboratorio, il film campione d'incassi "Jurassic Park" gli è venuto in mente inaspettatamente, dando al team l'idea di studiare molecole estinte. "Perché non riportare in vita molecole del passato?", ha detto.

Per scoprire peptidi precedentemente sconosciuti, il team di ricerca ha addestrato un algoritmo di intelligenza artificiale in grado di identificare siti frammentati nelle proteine umane che potrebbero avere attività antimicrobica. Gli scienziati hanno poi applicato questo algoritmo a sequenze proteiche pubblicamente disponibili di esseri umani moderni (Homo sapiens), Neanderthal (Homo neanderthalensis) e Denisoviani, un'altra antica specie umana strettamente imparentata con i Neanderthal.

Il team di ricerca ha quindi utilizzato le proprietà dei peptidi antimicrobici studiati in precedenza per prevedere quale peptide antico avesse maggiori probabilità di uccidere i batteri.

In seguito, il team ha sintetizzato e testato 69 dei peptidi più promettenti per verificare se fossero in grado di uccidere i batteri. Il gruppo di ricerca ha selezionato sei dei più potenti, tra cui quattro provenienti da esseri umani moderni, uno da Neanderthal e uno da Denisoviani.

Il team li ha esposti a topi infetti da Acinetobacter baumannii, una causa comune di infezioni nosocomiali negli esseri umani. (Un'infezione nosocomiale è un'infezione che una persona sviluppa durante il ricovero ospedaliero, che non aveva al momento del ricovero.)

Resistenza agli antibiotici, idee simili a quelle degli esseri umani e dei Neanderthal estinti (Figura 2). — César de la Fuente, pioniere delle biotecnologie presso l'Università della Pennsylvania, ha affermato che, dei sei peptidi selezionati dall'algoritmo, un peptide proveniente dai Neanderthal si è rivelato il più efficace nel combattere gli agenti patogeni nei topi infettati da batteri. (Immagine: Università della Pennsylvania)

"Credo che uno dei momenti più emozionanti sia stato quando abbiamo recuperato chimicamente le molecole in laboratorio e, per la prima volta, le abbiamo riportate in vita. È stato incredibile, da un punto di vista scientifico, assistere a quel momento", ha raccontato De la Fuente.

I risultati sperimentali hanno dimostrato che nei topi infetti che sviluppavano ascessi cutanei, i peptidi uccidevano attivamente i batteri; nei topi con infezioni alle cosce, i peptidi erano meno efficaci ma impedivano comunque la crescita batterica.

"Il peptide migliore è quello che chiamiamo Neanderthalien 1, proveniente dai Neanderthal, ed è quello che si è dimostrato più efficace nei test sui topi", ha affermato De la Fuente.

Sono necessarie ulteriori ricerche.

Tuttavia, De la Fuente ha sottolineato che nessuno dei peptidi è "pronto per l'uso come antibiotico" e che richiederebbero invece modifiche sostanziali. In una ricerca che dovrebbe essere pubblicata il prossimo anno, lui e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo modello di apprendimento profondo per esplorare le sequenze proteiche di 208 organismi estinti con informazioni genetiche dettagliate.

Il team di ricerca ha scoperto più di 11.000 potenziali peptidi antimicrobici mai individuati prima, presenti solo in organismi estinti, e ha sintetizzato i peptidi più promettenti provenienti dal mammut lanoso siberiano, dalla vacca marina di Steller (un mammifero marino estintosi nel XVIII secolo a causa della caccia nell'Artico), dal bradipo gigante e dal cervo gigante irlandese (Megaloceros giganteus). Secondo quanto riferito, i peptidi appena scoperti presentano un'eccellente attività anti-infettiva nei topi.

Il dottor Dmitry Ghilarov, ricercatore principale presso il John Innes Centre nel Regno Unito, ha affermato che il principale ostacolo alla scoperta di nuovi antibiotici risiede nella loro instabilità e nella difficoltà di sintesi. "Molti di questi antibiotici peptidici non vengono sviluppati e commercializzati dall'industria a causa di problematiche quali la tossicità", ha dichiarato Ghilarov.

Secondo un articolo pubblicato nel maggio 2021, su 10.000 composti promettenti identificati dai ricercatori, solo uno o due antibiotici hanno ricevuto l'approvazione dalla Food and Drug Administration statunitense.

La dottoressa Monique van Hoek, professoressa e vicedirettrice della ricerca presso la Scuola di Biologia dei Sistemi della George Mason University (USA), ha affermato che è molto raro che un peptide presente in natura porti direttamente alla creazione di un nuovo farmaco o antibiotico.

Secondo Van Hoek, la scoperta di un nuovo peptide fornirà ai ricercatori le basi per utilizzare tecniche computazionali al fine di esplorare e ottimizzare il suo potenziale come nuovo antibiotico.

Attualmente, la dottoressa Van Hoek sta concentrando la sua ricerca su un peptide sintetico derivato da un peptide presente naturalmente negli alligatori americani. Il peptide è attualmente in fase di sperimentazione preclinica.

La signora Van Hoek ha affermato che, sebbene possa sembrare strano cercare nuove fonti di antibiotici in coccodrilli o esseri umani estinti, la gravità del problema dei batteri resistenti agli antibiotici rende questi studi meritevoli.

Hoai Phuong (secondo la CNN)

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