Usando IA para trazer de volta os 'antibióticos neandertais'

A ameaça das bactérias resistentes aos antibióticos

Segundo a OMS, como o mundo enfrenta quase 5 milhões de mortes a cada ano relacionadas a bactérias resistentes a antibióticos, a necessidade de encontrar medicamentos potenciais para lidar com essa situação é extremamente urgente.

Agora, uma equipe liderada pelo pioneiro da biotecnologia César de la Fuente está usando métodos computacionais baseados em inteligência artificial (IA) para extrair características genéticas de parentes humanos extintos, como os neandertais, para trazer seus antibióticos de volta 40.000 anos.

Modelo da espécie humana extinta Neandertal. Foto: Getty

Por meio de pesquisas, cientistas descobriram uma série de pequenas moléculas de proteínas ou peptídeos que têm a capacidade de combater bactérias, o que pode abrir caminho para novos medicamentos que combatam infecções em humanos.

Antibióticos (como a penicilina) são aqueles produzidos naturalmente (por outro microrganismo antimicrobiano), enquanto antimicrobianos não antibióticos (como sulfonamidas e antissépticos) são aqueles completamente sintéticos.

No entanto, ambos os tipos têm o mesmo objetivo de matar ou prevenir o crescimento de microrganismos e ambos se enquadram na categoria de quimioterapia antimicrobiana. Os antibacterianos incluem antissépticos, sabões antibacterianos e detergentes químicos; enquanto os antibióticos são o tipo mais especializado de antibacteriano usado na medicina e, às vezes, na alimentação animal.

Os antibióticos não funcionam contra vírus que causam doenças como resfriados ou gripes, por isso os medicamentos que inibem os vírus são chamados de antivirais ou antirretrovirais, não antibióticos.

"Isso nos permite descobrir novas sequências, novos tipos de moléculas nunca antes vistas em organismos vivos, o que nos abre a possibilidade de pensar de forma mais ampla sobre a diversidade molecular", disse o Dr. Cesar de la Fuente, da Universidade da Pensilvânia (EUA), que liderou a equipe de pesquisa. "As bactérias atuais nunca encontraram essas novas moléculas, então esta pode ser uma boa oportunidade para lidar com os patógenos atuais, difíceis de tratar."

Especialistas afirmam que novas descobertas sobre bactérias resistentes a antibióticos são urgentemente necessárias. "O mundo enfrenta uma crise de resistência a antibióticos... Se precisarmos voltar no tempo para encontrar possíveis soluções para o futuro, estou totalmente a favor", disse Michael Mahan, professor de biologia molecular, celular e do desenvolvimento na Universidade da Califórnia, Berkeley.

Sugestões de “Jurassic Park”

A maioria dos antibióticos tem origem em bactérias e fungos, descobertos por meio da triagem de microrganismos que vivem no solo. Mas, nas últimas décadas, o uso excessivo de antibióticos levou patógenos a desenvolver resistência a eles.

Na última década, De la Fuente utilizou métodos computacionais para avaliar o potencial de vários peptídeos como substitutos de antibióticos. Um dia, no laboratório, surgiu o sucesso de bilheteria "Jurassic Park", dando à equipe a ideia de estudar moléculas extintas. "Por que não trazer de volta moléculas do passado?", perguntou ele.

Para encontrar peptídeos até então desconhecidos, a equipe treinou um algoritmo de IA para reconhecer sítios fragmentados em proteínas humanas que pudessem ter atividade antibacteriana. Os cientistas então o aplicaram a sequências de proteínas publicamente disponíveis de Homo sapiens, Homo neanderthalensis e Denisovanos — outra espécie humana arcaica intimamente relacionada aos neandertais.

A equipe então usou as propriedades de peptídeos antibacterianos anteriores para prever quais peptídeos antigos tinham maior probabilidade de matar bactérias.

Em seguida, a equipe sintetizou e testou os 69 peptídeos mais potentes para verificar se eles poderiam matar as bactérias. A equipe selecionou os seis mais potentes, incluindo quatro de humanos modernos, um de neandertais e um de denisovanos.

A equipe os expôs a camundongos infectados com a bactéria Acinetobacter baumannii, uma causa comum de infecções hospitalares em humanos. (Uma infecção hospitalar é uma infecção que um paciente adquire enquanto está no hospital e que não estava presente quando ele foi internado.)

Dos seis peptídeos selecionados pelo algoritmo, um de um neandertal foi o mais eficaz no combate a patógenos em camundongos infectados com bactérias, afirmou o pioneiro da biotecnologia César de la Fuente, da Universidade da Pensilvânia. (Foto: Universidade da Pensilvânia)

“Acho que um dos momentos mais emocionantes foi quando reconstituímos quimicamente moléculas em laboratório e as trouxemos de volta à vida pela primeira vez. Foi incrível, do ponto de vista científico, presenciar aquele momento”, disse De la Fuente.

Em camundongos infectados com abscessos na pele, os peptídeos mataram ativamente as bactérias; em camundongos com infecções nas coxas, os peptídeos foram menos eficazes, mas ainda impediram o crescimento bacteriano.

“O melhor peptídeo foi o que chamamos de Neandertal 1, dos neandertais, e foi o que funcionou melhor em camundongos”, disse De la Fuente.

Mais pesquisas necessárias

No entanto, De la Fuente enfatizou que nenhum dos peptídeos está "pronto para ser usado como antibiótico" e, em vez disso, exigiria ajustes extensivos. Em uma pesquisa a ser publicada no próximo ano, ele e seus colegas desenvolveram um novo modelo de aprendizado profundo para explorar as sequências de proteínas de 208 organismos extintos para os quais informações genéticas detalhadas estavam disponíveis.

A equipe encontrou mais de 11.000 peptídeos antimicrobianos potenciais até então desconhecidos, encontrados apenas em criaturas extintas, e sintetizou os peptídeos mais promissores a partir do mamute-lanoso-siberiano, da vaca-marinha-de-steller (um mamífero marinho extinto no século XVIII devido à caça no Ártico), da preguiça-gigante e do alce-gigante-irlandês (Megaloceros giganteus). Ele afirmou que os peptídeos recém-descobertos apresentaram "excelente atividade anti-infecciosa" em camundongos.

O Dr. Dmitry Ghilarov, líder do grupo no Centro John Innes, no Reino Unido, afirmou que o gargalo na descoberta de novos antibióticos reside na instabilidade e na dificuldade de síntese. "Muitos desses antibióticos peptídicos não são desenvolvidos e explorados pela indústria devido a dificuldades como a toxicidade", disse Ghilarov.

Dos 10.000 compostos promissores identificados pelos pesquisadores, apenas um ou dois antibióticos receberam aprovação da Food and Drug Administration dos EUA, de acordo com um artigo publicado em maio de 2021.

A Dra. Monique van Hoek, professora e diretora associada de pesquisa da Escola de Biologia de Sistemas da Universidade George Mason (EUA), disse que é muito raro que um peptídeo encontrado na natureza crie diretamente um novo medicamento ou outro tipo de antibiótico.

A descoberta de um novo peptídeo preparará o cenário para que os pesquisadores usem técnicas computacionais para explorar e otimizar o potencial do peptídeo como um novo antibiótico, de acordo com Van Hoek.

Van Hoek está atualmente concentrando sua pesquisa em um peptídeo sintético derivado de um peptídeo natural encontrado em jacarés-americanos. O peptídeo está atualmente em testes pré-clínicos.

Embora possa parecer estranho obter novos antibióticos de crocodilos ou humanos extintos, a gravidade das bactérias resistentes a antibióticos torna essa pesquisa valiosa, diz Van Hoek.

Hoai Phuong (de acordo com a CNN)

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