Menggunakan AI untuk membawa kembali 'antibiotik Neanderthal'

Ancaman bakteria tahan antibiotik

Menurut WHO, memandangkan dunia menghadapi hampir 5 juta kematian setiap tahun berkaitan bakteria tahan antibiotik, keperluan untuk mencari ubat yang berpotensi untuk menangani situasi ini amat mendesak.

Kini, pasukan yang diketuai oleh perintis bioteknologi César de la Fuente menggunakan kaedah pengiraan berasaskan kecerdasan buatan (AI) untuk melombong sifat genetik daripada saudara manusia yang telah pupus seperti Neanderthal, untuk membawa antibiotik mereka kembali 40,000 tahun.

Model spesies Neanderthal yang telah pupus. Foto: Getty

Melalui penyelidikan, saintis menemui beberapa molekul protein atau peptida kecil yang mempunyai keupayaan untuk melawan bakteria, yang boleh membuka jalan kepada ubat baru untuk melawan jangkitan pada manusia.

Antibiotik (seperti penisilin) ​​adalah yang dihasilkan secara semula jadi (oleh mikroorganisma antimikrob yang lain), manakala antibakteria bukan antibiotik (seperti sulfonamida dan antiseptik) adalah yang sintetik sepenuhnya.

Walau bagaimanapun, kedua-duanya mempunyai matlamat yang sama untuk membunuh atau menghalang pertumbuhan mikroorganisma dan kedua-duanya berada di bawah payung kemoterapi antimikrobial. Antibakteria termasuk antiseptik, sabun antibakteria, detergen kimia; manakala antibiotik ialah jenis antibakteria yang lebih khusus digunakan dalam perubatan dan kadangkala dalam makanan haiwan.

Antibiotik tidak berfungsi melawan virus yang menyebabkan penyakit seperti selesema atau selesema, jadi ubat yang menghalang virus dipanggil antivirus atau antivirus, bukan antibiotik.

"Ia membolehkan kami menemui urutan baharu, jenis molekul baharu yang tidak pernah dilihat dalam organisma hidup, yang membuka kami untuk berfikir secara lebih meluas tentang kepelbagaian molekul," kata Dr Cesar de la Fuente dari Universiti Pennsylvania (AS), yang mengetuai pasukan penyelidik. "Bakteria hari ini tidak pernah terdedah kepada molekul baru ini, jadi ini boleh menjadi peluang yang baik untuk menangani patogen yang sukar dirawat hari ini."

Pakar berkata penemuan baharu tentang bakteria tahan antibiotik amat diperlukan. "Dunia sedang menghadapi krisis rintangan antibiotik... Jika kita perlu kembali ke masa lalu untuk menghasilkan penyelesaian yang berpotensi untuk masa depan, saya bersedia," kata Michael Mahan, profesor biologi molekul, sel dan perkembangan di Universiti California, Berkeley.

Cadangan daripada "Taman Jurassic"

Kebanyakan antibiotik berasal daripada bakteria dan kulat, ditemui dengan menyaring mikrob yang tinggal di dalam tanah. Tetapi dalam beberapa dekad kebelakangan ini, penggunaan antibiotik yang berlebihan telah menyebabkan patogen membina rintangan.

Sepanjang dekad yang lalu, De la Fuente telah menggunakan kaedah pengiraan untuk menilai potensi pelbagai peptida sebagai alternatif antibiotik. Pada suatu hari di makmal, filem blockbuster "Jurassic Park" muncul, memberikan pasukan idea untuk mengkaji molekul yang telah pupus. "Mengapa tidak membawa kembali molekul dari masa lalu?" katanya.

Untuk mencari peptida yang tidak diketahui sebelum ini, pasukan itu melatih algoritma AI untuk mengenali tapak berpecah-belah dalam protein manusia yang mungkin mempunyai aktiviti antibakteria. Para saintis kemudian menerapkannya pada urutan protein yang tersedia secara umum daripada Homo sapiens, Neanderthal, dan Denisovans, satu lagi spesies manusia kuno yang berkait rapat dengan Neanderthal.

Pasukan itu kemudian menggunakan sifat-sifat peptida antibakteria sebelumnya untuk meramalkan peptida purba yang paling berkemungkinan membunuh bakteria.

Seterusnya, pasukan itu mensintesis dan menguji 69 peptida yang paling menjanjikan untuk melihat sama ada mereka boleh membunuh bakteria. Pasukan itu memilih enam yang paling kuat, termasuk empat daripada manusia moden, satu daripada Neanderthal, dan satu daripada Denisovans.

Pasukan itu mendedahkan mereka kepada tikus yang dijangkiti bakteria Acinetobacter baumannii, penyebab biasa jangkitan yang diperoleh di hospital pada manusia. (Jangkitan yang diperoleh di hospital ialah jangkitan yang diperoleh pesakit semasa berada di hospital dan tidak dihidapi semasa mereka dimasukkan.)

Daripada enam peptida yang dipilih oleh algoritma, satu daripada Neanderthal adalah yang paling berkesan dalam memerangi patogen pada tikus yang dijangkiti bakteria, kata perintis bioteknologi César de la Fuente dari University of Pennsylvania. (Foto: Universiti Pennsylvania)

"Saya rasa salah satu momen yang paling menggembirakan ialah apabila kami menyusun semula molekul secara kimia dalam makmal dan kemudian menghidupkannya semula buat kali pertama. Ia menakjubkan dari perspektif saintifik untuk melihatnya," kata De la Fuente.

Pada tikus yang dijangkiti abses kulit, peptida secara aktif membunuh bakteria; pada tikus dengan jangkitan paha, peptida kurang berkesan tetapi masih menghalang pertumbuhan bakteria.

"Peptida terbaik ialah apa yang kami panggil Neanderthal 1, daripada Neanderthal, dan itulah yang paling berkesan pada tikus," kata De la Fuente.

Lebih banyak kajian diperlukan

Walau bagaimanapun, Encik De la Fuente menekankan bahawa tiada satu pun daripada peptida itu "sedia untuk digunakan sebagai antibiotik," dan sebaliknya memerlukan banyak pengubahsuaian. Dalam penyelidikan yang akan diterbitkan tahun depan, beliau dan rakan-rakannya membangunkan model pembelajaran mendalam baharu untuk meneroka jujukan protein 208 organisma pupus yang mana maklumat genetik terperinci tersedia.

Pasukan itu menemui lebih daripada 11,000 peptida antimikrobial berpotensi yang belum ditemui sebelum ini hanya ditemui dalam makhluk yang telah pupus, mensintesis peptida yang paling menjanjikan daripada mamut bulu Siberia, lembu laut Steller (sejenis mamalia marin yang telah pupus pada abad ke-18 akibat pemburuan di Artik, Megalosa gergasi, dan giant slot). giganteus). Beliau berkata peptida yang baru ditemui mempunyai "aktiviti anti-jangkitan yang sangat baik" pada tikus.

Dr Dmitry Ghilarov, ketua kumpulan di Pusat John Innes di UK, berkata kesesakan dalam mencari antibiotik baharu ialah ia boleh menjadi tidak stabil dan sukar untuk disintesis. "Terdapat banyak antibiotik peptida ini yang tidak dibangunkan dan diusahakan oleh industri kerana kesukaran seperti ketoksikan," kata Ghilarov.

Daripada 10,000 sebatian menjanjikan yang dikenal pasti oleh penyelidik, hanya satu atau dua antibiotik telah mendapat kelulusan daripada Pentadbiran Makanan dan Ubat-ubatan AS, menurut sebuah kertas yang diterbitkan pada Mei 2021.

Dr Monique van Hoek, profesor dan pengarah penyelidikan bersekutu di Sekolah Biologi Sistem di Universiti George Mason (AS), berkata sangat jarang peptida yang ditemui dalam alam semula jadi untuk secara langsung mencipta ubat baharu atau antibiotik baharu yang lain.

Penemuan peptida baharu akan menetapkan peringkat untuk penyelidik menggunakan teknik pengiraan untuk meneroka dan mengoptimumkan potensi peptida sebagai antibiotik baharu, menurut Van Hoek.

Van Hoek kini menumpukan penyelidikannya pada peptida sintetik yang diperoleh daripada peptida semula jadi yang terdapat dalam buaya Amerika. Peptida kini sedang menjalani ujian praklinikal.

Walaupun kelihatan aneh untuk mendapatkan antibiotik baharu daripada buaya atau manusia yang telah pupus, tahap keterukan bakteria tahan antibiotik menjadikan penyelidikan sedemikian berbaloi, kata Cik 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