Bruk av kunstig intelligens for å bringe tilbake «neandertalerantibiotika»

Trusselen fra antibiotikaresistente bakterier

Ifølge WHO er behovet for å finne potensielle legemidler for å bekjempe denne situasjonen ekstremt presserende, med tanke på at verden står overfor nesten 5 millioner dødsfall årlig relatert til antibiotikaresistente bakterier.

Nylig har et forskerteam ledet av bioteknologipioneren César de la Fuente brukt beregningsmetoder basert på kunstig intelligens (KI) for å utnytte genetiske egenskaper fra utdødde menneskelige slektninger som neandertalere, med sikte på å bringe tilbake deres antibiotiske egenskaper fra for 40 000 år siden.

Modell av den utdødde neandertalermenneskearten. Foto: Getty

Gjennom forskningen sin har forskere oppdaget visse små protein- eller peptidmolekyler som har evnen til å bekjempe bakterier, noe som kan bane vei for nye medisiner for å bekjempe menneskelige infeksjoner.

Antibiotika (som penicillin) produseres naturlig (ved at én mikroorganisme bekjemper en annen), mens ikke-antibiotiske antimikrobielle midler (som sulfonamider og antiseptiske midler) er helt syntetiske.

Begge typene har imidlertid det felles målet å drepe eller hemme veksten av mikroorganismer, og begge faller inn under kategorien antimikrobiell cellegift. Antimikrobielle midler inkluderer antiseptiske midler, antimikrobielle såper og kjemiske vaskemidler, mens antibiotika er en mer spesialisert type antimikrobielt middel som brukes i medisin og noen ganger i dyrefôr.

Antibiotika er ineffektive mot virus som forårsaker sykdommer som forkjølelse eller influensa; legemidler som hemmer virus kalles antivirale midler eller antivirale legemidler, ikke antibiotika.

«Det lar oss oppdage nye sekvenser, nye typer molekyler som aldri før er funnet i levende organismer, og åpner for bredere muligheter for å tenke på molekylært mangfold», sa dr. Cesar de la Fuente fra University of Pennsylvania (USA), som ledet forskerteamet. «Nåværende bakterier har aldri blitt eksponert for disse nye molekylene, så dette kan være en god mulighet til å bekjempe dagens vanskelig behandlelige patogener.»

Eksperter mener at nye funn om antibiotikaresistente bakterier er ekstremt nødvendige. «Verden står overfor en antibiotikaresistenskrise ... Hvis vi må gå tilbake til fortiden for å finne potensielle løsninger for fremtiden, så støtter jeg det fullt ut», sa Michael Mahan, professor i molekylær-, celle- og utviklingsbiologi ved University of California (USA).

Ideer fra «Jurassic Park»

De fleste antibiotika er utvunnet fra mikroorganismer og sopp, oppdaget ved å undersøke mikroorganismer som lever i jorden. Men i de siste tiårene har overforbruket av antibiotika ført til at patogener har utviklet resistens mot dem.

I løpet av det siste tiåret har De la Fuente brukt beregningsmetoder for å vurdere potensialet til ulike peptider som alternativer til antibiotika. En dag i laboratoriet kom den uventede suksessfilmen «Jurassic Park» til tankene, noe som ga teamet ideen om å studere utdødde molekyler. «Hvorfor ikke bringe tilbake molekyler fra fortiden?» sa han.

For å oppdage tidligere ukjente peptider, trente forskerteamet en AI-algoritme som var i stand til å identifisere fragmenterte steder i menneskelige proteiner som kan ha antimikrobiell aktivitet. Forskerne anvendte deretter dette på offentlig tilgjengelige proteinsekvenser fra moderne mennesker (Homo sapiens), neandertalere (Homo neanderthalensis) og denisovanere – en annen gammel menneskeart som er nært beslektet med neandertalere.

Forskerteamet brukte deretter egenskapene til tidligere studerte antimikrobielle peptider for å forutsi hvilket gammelt peptid som mest sannsynlig ville drepe bakterier.

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

Teamet eksponerte dem for mus infisert med Acinetobacter baumannii, en vanlig årsak til sykehusinfeksjoner hos mennesker. (En sykehusinfeksjon er en infeksjon en person utvikler mens de er innlagt på sykehus, og som de ikke hadde ved innleggelse.)

Bioteknologipioneren César de la Fuente ved University of Pennsylvania sa at av de seks peptidene som ble valgt ut av algoritmen, var ett peptid fra neandertalere det mest effektive i bekjempelsen av patogener hos mus infisert med bakterier. (Bilde: University of Pennsylvania)

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

Eksperimentelle resultater viste at peptidene aktivt drepte bakteriene hos infiserte mus som utviklet hudabscesser; hos mus med lårinfeksjoner var peptidene mindre effektive, men forhindret fortsatt bakterievekst.

«Det beste peptidet er det vi kaller Neanderthalien 1, fra neandertalerne, og det er det mest effektive når det testes på mus», sa De la Fuente.

Mer forskning er nødvendig.

De la Fuente understreket imidlertid at ingen av peptidene kvalifiserer som «klare til bruk som antibiotika», og at de i stedet ville kreve betydelige justeringer. I forskning som forventes publisert neste år, har han og kolleger utviklet en ny dyp læringsmodell for å utforske proteinsekvensene til 208 utdødde organismer med detaljert genetisk informasjon.

Forskerteamet fant mer enn 11 000 potensielle antimikrobielle peptider som aldri før var oppdaget, som bare finnes i utdødde organismer, og syntetiserte de mest lovende peptidene fra den ullhårede mammuten i Sibir, Stellers sjøku (et sjøpattedyr som døde ut på 1700-tallet på grunn av jakt i Arktis), kjempedovendyret og den irske giganten (Megaloceros giganteus). Han sa at de nyoppdagede peptidene har «utmerket antiinfeksiøs aktivitet» hos mus.

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

Ifølge en artikkel publisert i mai 2021, fikk bare ett eller to antibiotika godkjenning fra det amerikanske mat- og legemiddeltilsynet (FDA) av 10 000 lovende forbindelser identifisert av forskere.

Dr. Monique van Hoek, professor og assisterende forskningsdirektør ved George Mason University School of Systems Biology (USA), sa at det er svært sjeldent at et naturlig forekommende peptid direkte fører til utviklingen av et nytt legemiddel eller antibiotikum.

Ifølge Van Hoek vil oppdagelsen av et nytt peptid gi forskere et grunnlag for å bruke beregningsteknikker for å utforske og optimalisere potensialet som et nytt antibiotikum.

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

Fru Van Hoek sa at selv om det kan virke rart å søke nye antibiotikakilder fra utdødde krokodiller eller mennesker, gjør alvorlighetsgraden av antibiotikaresistente bakterier disse studiene verdt å vurdere.

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