Bruk av kunstig intelligens for å bringe tilbake «neandertalerantibiotika»

Trusselen fra antibiotikaresistente bakterier

Ifølge WHO er behovet for å finne potensielle medisiner for å håndtere denne situasjonen ekstremt presserende, ettersom verden står overfor nesten 5 millioner dødsfall hvert år relatert til antibiotikaresistente bakterier.

Nå bruker et team ledet av bioteknologipioneren César de la Fuente beregningsmetoder basert på kunstig intelligens (KI) for å utvinne genetiske egenskaper fra utdødde menneskelige slektninger som neandertalere, for å bringe antibiotikaene deres 40 000 år tilbake i tid.

Modell av den utdødde neandertalarten. Foto: Getty

Gjennom forskning oppdaget forskere en rekke små protein- eller peptidmolekyler som har evnen til å bekjempe bakterier, noe som kan bane vei for nye medisiner for å bekjempe infeksjoner hos mennesker.

Antibiotika (som penicillin) er de som produseres naturlig (av en annen antimikrobiell mikroorganisme), mens ikke-antibiotiske antibakterielle midler (som sulfonamider og antiseptiske midler) er de som er helt syntetiske.

Begge har imidlertid samme mål om å drepe eller forhindre vekst av mikroorganismer, og begge faller inn under paraplyen antimikrobiell cellegift. Antibakterielle midler inkluderer antiseptiske midler, antibakterielle såper og kjemiske vaskemidler, mens antibiotika er den mer spesialiserte typen antibakterielle midler som brukes i medisin og noen ganger i dyrefôr.

Antibiotika virker ikke mot virus som forårsaker sykdommer som forkjølelse eller influensa, så legemidler som hemmer virus kalles antivirale midler eller antivirale midler, ikke antibiotika.

«Det lar oss oppdage nye sekvenser, nye typer molekyler som aldri har blitt sett i levende organismer, noe som åpner opp for å tenke bredere om molekylært mangfold», sa dr. Cesar de la Fuente fra University of Pennsylvania (USA), som ledet forskerteamet. «Dagens bakterier har aldri blitt utsatt for disse nye molekylene, så dette kan være en god mulighet til å håndtere dagens vanskelig behandlelige patogener.»

Eksperter sier at det er et presserende behov for nye oppdagelser om antibiotikaresistente bakterier. «Verden står overfor en antibiotikaresistenskrise ... Hvis vi må gå tilbake i tid for å komme opp med potensielle løsninger for fremtiden, er jeg helt for det», sa Michael Mahan, professor i molekylær-, celle- og utviklingsbiologi ved University of California, Berkeley.

Forslag fra «Jurassic Park»

De fleste antibiotika stammer fra bakterier og sopp, oppdaget ved å undersøke jordlevende mikrober. Men i de siste tiårene har overforbruk av antibiotika ført til at patogener har utviklet resistens.

I løpet av det siste tiåret har De la Fuente brukt beregningsmetoder for å evaluere potensialet til ulike peptider som antibiotikaalternativer. En dag i laboratoriet dukket storfilmen «Jurassic Park» opp, noe som ga teamet ideen til å studere utdødde molekyler. «Hvorfor ikke hente tilbake molekyler fra fortiden?» sa han.

For å finne tidligere ukjente peptider, trente teamet en AI-algoritme til å gjenkjenne fragmenterte steder i menneskelige proteiner som kan ha antibakteriell aktivitet. Forskerne anvendte den deretter på offentlig tilgjengelige proteinsekvenser fra Homo sapiens, neandertalere og denisovaner, en annen arkaisk menneskeart som er nært beslektet med neandertalere.

Teamet brukte deretter egenskapene til tidligere antibakterielle peptider til å forutsi hvilke gamle peptider som mest sannsynlig ville drepe bakterier.

Deretter syntetiserte og testet teamet de 69 mest lovende peptidene for å se om de kunne drepe bakterier. Teamet valgte ut de seks mest potente, inkludert fire fra moderne mennesker, ett fra neandertalere og ett fra denisovaner.

Teamet eksponerte dem for mus infisert med bakterien Acinetobacter baumannii, en vanlig årsak til sykehusinfeksjoner hos mennesker. (En sykehusinfeksjon er en infeksjon en pasient får mens de er på sykehuset og ikke hadde da de ble innlagt.)

Av de seks peptidene som ble valgt ut av algoritmen, var ett fra en neandertaler det mest effektive til å bekjempe patogener hos mus infisert med bakterier, sier bioteknologipioneren César de la Fuente ved University of Pennsylvania. (Foto: University of Pennsylvania)

«Jeg tror et av de mest spennende øyeblikkene var da vi kjemisk rekonstituerte molekyler i laboratoriet og deretter brakte dem tilbake til livet for første gang. Det var fantastisk fra et vitenskapelig perspektiv å se det», sa De la Fuente.

Hos mus infisert med hudabscesser drepte peptidene aktivt bakterier; hos mus med lårinfeksjoner var peptidene mindre effektive, men forhindret fortsatt bakterievekst.

«Det beste peptidet var det vi kaller Neanderthal 1, fra neandertalere, og det var det som fungerte best på mus», sa De la Fuente.

Mer forskning er nødvendig

De la Fuente understreket imidlertid at ingen av peptidene var «klare til å brukes som antibiotika», og at de i stedet ville kreve mye justering. I forskning som skal publiseres neste år, utviklet han og kollegene hans en ny modell for dyp læring for å utforske proteinsekvensene til 208 utdødde organismer som det finnes detaljert genetisk informasjon om.

Teamet fant mer enn 11 000 tidligere uoppdagede potensielle antimikrobielle peptider som bare finnes i utdødde skapninger, og syntetiserte de mest lovende peptidene fra den sibirske ullhårede mammuten, Stellers sjøku (et sjøpattedyr som døde ut på 1700-tallet på grunn av jakt i Arktis), kjempedovendyret og den irske kjempeelgen (Megaloceros giganteus). Han sa at de nyoppdagede peptidene hadde «utmerket antiinfeksiøs aktivitet» hos mus.

Dr. Dmitrij Ghilarov, gruppeleder ved John Innes-senteret i Storbritannia, sa at flaskehalsen i å finne nye antibiotika er at de kan være ustabile og vanskelige å syntetisere. «Det finnes mange av disse peptidantibiotikaene som ikke utvikles og forfølges av industrien på grunn av vanskeligheter som toksisitet», sa Ghilarov.

Av de 10 000 lovende forbindelsene som forskere har identifisert, har bare én eller to antibiotika fått godkjenning fra det amerikanske mat- og legemiddeltilsynet, ifølge en artikkel publisert i mai 2021.

Dr. Monique van Hoek, professor og assisterende forskningsdirektør ved School of Systems Biology ved George Mason University (USA), sa at det er svært sjeldent at et peptid som finnes i naturen direkte skaper et nytt legemiddel eller et annet nytt antibiotikum.

Oppdagelsen av et nytt peptid vil legge grunnlaget for at forskere kan bruke beregningsteknikker for å utforske og optimalisere peptidets potensial som et nytt antibiotikum, ifølge Van Hoek.

Van Hoek fokuserer for tiden forskningen sin på et syntetisk peptid utvunnet fra et naturlig peptid som finnes i amerikanske alligatorer. Peptidet gjennomgår for tiden preklinisk testing.

Selv om det kan virke rart å finne nye antibiotika fra utdødde krokodiller eller mennesker, gjør alvorlighetsgraden av antibiotikaresistente bakterier slik forskning verdt det, sier fru Van Hoek.

Hoai Phuong (ifølge CNN)

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