Folosirea inteligenței artificiale pentru a readuce „antibioticele neanderthaliene”

Amenințarea bacteriilor rezistente la antibiotice

Conform OMS, întrucât lumea se confruntă cu aproape 5 milioane de decese în fiecare an legate de bacteriile rezistente la antibiotice, nevoia de a găsi medicamente potențiale pentru a face față acestei situații este extrem de urgentă.

Acum, o echipă condusă de pionierul în biotehnologie, César de la Fuente, folosește metode computaționale bazate pe inteligență artificială (IA) pentru a extrage trăsături genetice de la rude umane dispărute, precum neanderthalienii, pentru a-și aduce antibioticele înapoi în timp, cu 40.000 de ani.

Model al speciei dispărute de Neanderthal. Fotografie: Getty

Prin cercetări, oamenii de știință au descoperit o serie de molecule mici de proteine ​​sau peptide care au capacitatea de a combate bacteriile, ceea ce ar putea deschide calea pentru noi medicamente care să combată infecțiile la oameni.

Antibioticele (cum ar fi penicilina) sunt cele produse în mod natural (de către un alt microorganism antimicrobian), în timp ce antibacterienele non-antibiotice (cum ar fi sulfonamidele și antisepticele) sunt cele complet sintetice.

Totuși, ambele au același scop de a ucide sau preveni creșterea microorganismelor și ambele se încadrează sub umbrela chimioterapiei antimicrobiene. Antibacterienele includ antiseptice, săpunuri antibacteriene, detergenți chimici; în timp ce antibioticele sunt tipul mai specializat de antibacteriene utilizate în medicină și uneori în hrana animalelor.

Antibioticele nu funcționează împotriva virusurilor care cauzează boli precum răceala sau gripa, așa că medicamentele care inhibă virusurile se numesc antivirale sau antivirale, nu antibiotice.

„Ne permite să descoperim noi secvențe, noi tipuri de molecule care nu au mai fost observate niciodată în organismele vii, ceea ce ne deschide calea către o gândire mai amplă asupra diversității moleculare”, a declarat Dr. Cesar de la Fuente de la Universitatea din Pennsylvania (SUA), care a condus echipa de cercetare. „Bacteriile de astăzi nu au fost niciodată expuse la aceste noi molecule, așa că aceasta ar putea fi o bună oportunitate de a combate agenții patogeni greu de tratat din ziua de azi.”

Experții spun că sunt necesare urgent noi descoperiri despre bacteriile rezistente la antibiotice. „Lumea se confruntă cu o criză a rezistenței la antibiotice... Dacă trebuie să ne întoarcem în timp pentru a găsi potențiale soluții pentru viitor, sunt total de acord”, a declarat Michael Mahan, profesor de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare la Universitatea din California, Berkeley.

Sugestii din „Jurassic Park”

Majoritatea antibioticelor provin din bacterii și ciuperci, descoperite prin screening-ul microbilor care trăiesc în sol. Însă, în ultimele decenii, utilizarea excesivă a antibioticelor a dus la dezvoltarea de rezistență la agenții patogeni.

În ultimul deceniu, De la Fuente a folosit metode computaționale pentru a evalua potențialul diferitelor peptide ca alternative la antibiotice. Într-o zi, în laborator, a apărut blockbusterul „Jurassic Park”, oferind echipei ideea de a studia molecule dispărute. „De ce să nu readucem molecule din trecut?”, a spus el.

Pentru a găsi peptide necunoscute anterior, echipa a antrenat un algoritm de inteligență artificială pentru a recunoaște situsurile fragmentate din proteinele umane care ar putea avea activitate antibacteriană. Oamenii de știință l-au aplicat apoi pe secvențe de proteine ​​disponibile publicului de la Homo sapiens, neanderthalieni și denisovani, o altă specie umană arhaică strâns înrudită cu neanderthalienii.

Echipa a folosit apoi proprietățile peptidelor antibacteriene anterioare pentru a prezice care peptide antice erau cele mai susceptibile de a ucide bacteriile.

Apoi, echipa a sintetizat și testat cele mai promițătoare 69 de peptide pentru a vedea dacă acestea pot ucide bacteriile. Echipa a selectat șase dintre cele mai puternice, inclusiv patru de la oamenii moderni, una de la neanderthalieni și una de la denisovani.

Echipa i-a expus la șoareci infectați cu bacteria Acinetobacter baumannii, o cauză frecventă a infecțiilor nosocomiale la oameni. (O infecție nosocomială este o infecție pe care un pacient o dobândește în timp ce se află în spital și pe care nu o avea la internare.)

Dintre cele șase peptide selectate de algoritm, una provenită de la un om de Neanderthal a fost cea mai eficientă în combaterea agenților patogeni la șoarecii infectați cu bacterii, spune pionierul în biotehnologie César de la Fuente de la Universitatea din Pennsylvania. (Foto: Universitatea din Pennsylvania)

„Cred că unul dintre cele mai interesante momente a fost atunci când am reconstituit chimic moleculele în laborator și apoi le-am readus la viață pentru prima dată. A fost uimitor din punct de vedere științific să vedem asta”, a spus De la Fuente.

La șoarecii infectați cu abcese cutanate, peptidele au distrus activ bacteriile; la șoarecii cu infecții ale coapsei, peptidele au fost mai puțin eficiente, dar au prevenit totuși creșterea bacteriilor.

„Cea mai bună peptidă a fost ceea ce numim Neanderthal 1, de la neanderthalieni, și aceasta a fost cea care a funcționat cel mai bine la șoareci”, a spus De la Fuente.

Sunt necesare mai multe cercetări

Totuși, dl. De la Fuente a subliniat că niciuna dintre peptide nu era „gata de a fi utilizată ca antibiotic” și, în schimb, ar necesita multe ajustări. Într-o cercetare care urmează să fie publicată anul viitor, el și colegii săi au dezvoltat un nou model de învățare profundă pentru a explora secvențele proteice a 208 organisme dispărute pentru care erau disponibile informații genetice detaliate.

Echipa a descoperit peste 11.000 de peptide antimicrobiene potențiale, nedescoperite anterior, care se găsesc doar la creaturile dispărute, sintetizând cele mai promițătoare peptide de la mamutul lânos siberian, vaca de mare Steller (un mamifer marin care a dispărut în secolul al XVIII-lea din cauza vânătorii din Arctica), leneșul gigantic și elanul gigantic irlandez (Megaloceros giganteus). El a spus că peptidele nou descoperite au „o activitate antiinfecțioasă excelentă” la șoareci.

Dr. Dmitry Ghilarov, liderul grupului de la Centrul John Innes din Marea Britanie, a declarat că blocajul în găsirea de noi antibiotice este acela că acestea pot fi instabile și dificil de sintetizat. „Există multe dintre aceste antibiotice peptidice care nu sunt dezvoltate și urmărite de industrie din cauza unor dificultăți precum toxicitatea”, a spus Ghilarov.

Dintre cei 10.000 de compuși promițători identificați de cercetători, doar unul sau două antibiotice au primit aprobarea Administrației pentru Alimente și Medicamente din SUA, potrivit unui articol publicat în mai 2021.

Dr. Monique van Hoek, profesor și director asociat de cercetare la Școala de Biologie a Sistemelor din cadrul Universității George Mason (SUA), a declarat că este foarte rar ca o peptidă găsită în natură să creeze direct un nou medicament sau un alt antibiotic nou.

Descoperirea unei noi peptide va pregăti terenul pentru ca cercetătorii să utilizeze tehnici computaționale pentru a explora și optimiza potențialul peptidei ca nou antibiotic, potrivit lui Van Hoek.

Van Hoek își concentrează în prezent cercetările asupra unei peptide sintetice derivate dintr-o peptidă naturală găsită în aligatorii americani. Peptida este în prezent în curs de testare preclinică.

Deși poate părea ciudat să se obțină noi antibiotice de la crocodili sau oameni care au dispărut, gravitatea bacteriilor rezistente la antibiotice face ca o astfel de cercetare să merite, spune dna Van Hoek.

Hoai Phuong (conform CNN)

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