การใช้ AI เพื่อนำ 'ยาปฏิชีวนะนีแอนเดอร์ทัล' กลับมา

ภัยคุกคามจากแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ

ตามข้อมูลขององค์การอนามัยโลก (WHO) ระบุว่าในแต่ละปี โลก มีผู้เสียชีวิตจากเชื้อแบคทีเรียดื้อยาปฏิชีวนะเกือบ 5 ล้านราย ดังนั้น การค้นหายารักษาที่มีศักยภาพเพื่อจัดการกับสถานการณ์ดังกล่าวจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนอย่างยิ่ง

ปัจจุบัน ทีมงานที่นำโดย César de la Fuente ผู้บุกเบิกด้านเทคโนโลยีชีวภาพ กำลังใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อขุดค้นลักษณะทางพันธุกรรมจากมนุษย์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว เช่น มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล เพื่อนำยาปฏิชีวนะกลับมาใช้เมื่อ 40,000 ปีก่อน

แบบจำลองของมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ภาพ: Getty

จากการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ ได้ค้นพบโปรตีนขนาดเล็กหรือโมเลกุลเปปไทด์จำนวนหนึ่งซึ่งมีความสามารถในการต่อสู้กับแบคทีเรีย ซึ่งอาจช่วยปูทางไปสู่การผลิตยาใหม่เพื่อต่อสู้กับการติดเชื้อในมนุษย์ได้

ยาปฏิชีวนะ (เช่น เพนิซิลลิน) เป็นยาที่ผลิตขึ้นตามธรรมชาติ (โดยจุลินทรีย์ต้านจุลินทรีย์ชนิดอื่น) ในขณะที่ยาต้านจุลินทรีย์ที่ไม่ใช่ยาปฏิชีวนะ (เช่น ซัลโฟนาไมด์และยาฆ่าเชื้อ) เป็นยาสังเคราะห์ 100%

อย่างไรก็ตาม ทั้งสองประเภทมีเป้าหมายเดียวกันในการฆ่าหรือป้องกันการเติบโตของจุลินทรีย์ และทั้งสองประเภทจัดอยู่ในประเภทของเคมีบำบัดต้านจุลชีพ ยาต้านแบคทีเรียประกอบด้วยยาฆ่าเชื้อ สบู่ต้านแบคทีเรีย และผงซักฟอกเคมี ในขณะที่ยาปฏิชีวนะเป็นยาต้านแบคทีเรียชนิดพิเศษที่ใช้ในทางการแพทย์และบางครั้งใช้ในอาหารสัตว์

ยาปฏิชีวนะไม่สามารถต่อต้านไวรัสที่ทำให้เกิดอาการเจ็บป่วย เช่น หวัดหรือไข้หวัดใหญ่ ดังนั้นยาที่ยับยั้งไวรัสจึงเรียกว่ายาต้านไวรัสหรือยาต้านไวรัส ไม่ใช่ยาปฏิชีวนะ

“มันช่วยให้เรา ค้นพบ ลำดับโมเลกุลใหม่ๆ โมเลกุลชนิดใหม่ๆ ที่ไม่เคยพบมาก่อนในสิ่งมีชีวิต ซึ่งเปิดโอกาสให้เราคิดเกี่ยวกับความหลากหลายของโมเลกุลได้กว้างขึ้น” ดร. เซซาร์ เด ลา ฟูเอนเต จากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย (สหรัฐอเมริกา) หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว “แบคทีเรียในปัจจุบันไม่เคยพบโมเลกุลใหม่ๆ เหล่านี้มาก่อน ดังนั้นนี่อาจเป็นโอกาสที่ดีในการจัดการกับเชื้อโรคที่รักษาได้ยากในปัจจุบัน”

ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าจำเป็นต้องมีการค้นพบใหม่เกี่ยวกับแบคทีเรียที่ดื้อยาปฏิชีวนะอย่างเร่งด่วน “โลกกำลังเผชิญกับวิกฤตการดื้อยาปฏิชีวนะ... หากเราจำเป็นต้องย้อนเวลากลับไปเพื่อหาทางออกที่เป็นไปได้สำหรับอนาคต ผมยินดีอย่างยิ่ง” ไมเคิล มาฮาน ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาโมเลกุล เซลล์ และพัฒนาการ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กล่าว

ข้อเสนอแนะจาก “Jurassic Park”

ยาปฏิชีวนะส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดมาจากแบคทีเรียและเชื้อรา ซึ่งค้นพบโดยการคัดกรองจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในดิน แต่ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไปทำให้เชื้อโรคดื้อยา

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เด ลา ฟูเอนเต ได้ใช้วิธีการคำนวณเพื่อประเมินศักยภาพของเปปไทด์ต่างๆ ในการใช้ทดแทนยาปฏิชีวนะ วันหนึ่งในห้องทดลอง ภาพยนตร์ฟอร์มยักษ์เรื่อง “Jurassic Park” ปรากฏขึ้น ทำให้ทีมวิจัยเกิดความคิดที่จะศึกษาโมเลกุลที่สูญพันธุ์ไปแล้ว “ทำไมไม่นำโมเลกุลจากอดีตกลับมาล่ะ” เขากล่าว

เพื่อค้นหาเปปไทด์ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ทีมวิจัยได้ฝึกอัลกอริทึม AI ให้จดจำตำแหน่งที่แตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยในโปรตีนของมนุษย์ที่อาจมีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงนำอัลกอริทึมนี้ไปประยุกต์ใช้กับลำดับโปรตีนที่เปิดเผยต่อสาธารณะจากมนุษย์โฮโม เซเปียนส์ โฮโม นีแอนเดอร์ทาเลนซิส และเดนิโซวาน ซึ่งเป็นมนุษย์โบราณอีกสายพันธุ์หนึ่งที่มีความใกล้ชิดกับมนุษย์นีแอนเดอร์ทาล

จากนั้นทีมงานได้ใช้คุณสมบัติของเปปไทด์ต่อต้านแบคทีเรียรุ่นก่อนๆ เพื่อทำนายว่าเปปไทด์โบราณชนิดใดมีแนวโน้มที่จะฆ่าแบคทีเรียได้มากที่สุด

จากนั้น ทีมวิจัยได้สังเคราะห์และทดสอบเปปไทด์ที่มีศักยภาพสูงสุด 69 ชนิด เพื่อดูว่าสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้หรือไม่ ทีมวิจัยได้เลือกเปปไทด์ที่มีศักยภาพสูงสุด 6 ชนิด ซึ่งรวมถึง 4 ชนิดจากมนุษย์ยุคปัจจุบัน 1 ชนิดจากมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล และ 1 ชนิดจากมนุษย์เดนิโซวาน

ทีมวิจัยได้นำเชื้อเหล่านี้ไปทดลองกับหนูที่ติดเชื้อแบคทีเรีย Acinetobacter baumannii ซึ่งเป็นสาเหตุทั่วไปของการติดเชื้อในโรงพยาบาลในมนุษย์ (การติดเชื้อในโรงพยาบาลคือการติดเชื้อที่ผู้ป่วยได้รับขณะอยู่ในโรงพยาบาล ซึ่งไม่ได้ปรากฏให้เห็นในขณะที่เข้ารับการรักษา)

จากเปปไทด์ทั้งหกชนิดที่อัลกอริทึมเลือกมา มีเปปไทด์หนึ่งชนิดจากมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการต่อสู้กับเชื้อโรคในหนูที่ติดเชื้อแบคทีเรีย เซซาร์ เด ลา ฟูเอนเต ผู้บุกเบิกด้านเทคโนโลยีชีวภาพจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าว (ภาพ: มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย)

“ผมคิดว่าช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นที่สุดช่วงหนึ่งคือตอนที่เราสร้างโมเลกุลขึ้นใหม่ทางเคมีในห้องทดลอง แล้วทำให้มันกลับมามีชีวิตอีกครั้งเป็นครั้งแรก มันน่าทึ่งมากจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ที่ได้เห็นช่วงเวลานั้น” เด ลา ฟูเอนเต กล่าว

ในหนูที่ติดเชื้อฝีที่ผิวหนัง เปปไทด์จะฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนในหนูที่ติดเชื้อที่ต้นขา เปปไทด์จะมีประสิทธิภาพน้อยลงแต่ยังคงป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียได้

“เปปไทด์ที่ดีที่สุดคือสิ่งที่เราเรียกว่า Neanderthal 1 จากมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล และมันเป็นเปปไทด์ที่ทำงานได้ดีที่สุดในหนู” เด ลา ฟูเอนเต้ กล่าว

จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม

อย่างไรก็ตาม เด ลา ฟูเอนเต เน้นย้ำว่าไม่มีเปปไทด์ใดที่ “พร้อมใช้เป็นยาปฏิชีวนะ” และจำเป็นต้องมีการปรับแต่งเพิ่มเติมอย่างมาก ในงานวิจัยที่จะตีพิมพ์ในปีหน้า เขาและเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาแบบจำลองการเรียนรู้เชิงลึกแบบใหม่เพื่อสำรวจลำดับโปรตีนของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้ว 208 ชนิด ซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมโดยละเอียด

ทีมวิจัยค้นพบเปปไทด์ที่มีศักยภาพต้านจุลชีพมากกว่า 11,000 ชนิดที่ยังไม่เคยค้นพบมาก่อน ซึ่งพบได้เฉพาะในสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว และสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดจากแมมมอธขนยาวไซบีเรีย วัวทะเลสเตลเลอร์ (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลที่สูญพันธุ์ในศตวรรษที่ 18 เนื่องจากการล่าในอาร์กติก) สลอธยักษ์ และมูสยักษ์ไอริช (Megaloceros giganteus) เขากล่าวว่าเปปไทด์ที่เพิ่งค้นพบใหม่นี้มี "ฤทธิ์ต้านการติดเชื้อที่ดีเยี่ยม" ในหนู

ดร. ดมิทรี กิลารอฟ หัวหน้ากลุ่มที่ศูนย์จอห์น อินเนส ในสหราชอาณาจักร กล่าวว่า ปัญหาคอขวดในการค้นหายาปฏิชีวนะชนิดใหม่คือยาปฏิชีวนะอาจไม่เสถียรและสังเคราะห์ได้ยาก “ยาปฏิชีวนะเปปไทด์เหล่านี้มีหลายชนิดที่อุตสาหกรรมยังไม่ได้รับการพัฒนาและนำมาใช้ เนื่องจากมีปัญหาต่างๆ เช่น ความเป็นพิษ” กิลารอฟกล่าว

จากสารประกอบที่มีแนวโน้มดี 10,000 ชนิดที่นักวิจัยระบุ มียาปฏิชีวนะเพียงหนึ่งหรือสองชนิดเท่านั้นที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา ตามรายงานที่ตีพิมพ์ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2564

ดร. โมนิก ฟาน โฮค ศาสตราจารย์และรองผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยคณะชีววิทยาระบบ มหาวิทยาลัยจอร์จ เมสัน (สหรัฐอเมริกา) กล่าวว่า เป็นเรื่องหายากมากที่เปปไทด์ที่พบในธรรมชาติจะสร้างยาใหม่หรือยาปฏิชีวนะชนิดอื่นโดยตรง

การค้นพบเปปไทด์ชนิดใหม่จะเป็นการปูทางให้นักวิจัยสามารถใช้เทคนิคการคำนวณเพื่อสำรวจและเพิ่มประสิทธิภาพศักยภาพของเปปไทด์ในฐานะยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ตามที่ Van Hoek กล่าว

ปัจจุบัน แวน โฮค กำลังมุ่งเน้นการวิจัยเกี่ยวกับเปปไทด์สังเคราะห์ที่ได้จากเปปไทด์ธรรมชาติที่พบในจระเข้อเมริกัน เปปไทด์นี้กำลังอยู่ระหว่างการทดสอบก่อนการทดลองทางคลินิก

แม้ว่าการหาแหล่งยาปฏิชีวนะใหม่ๆ จากจระเข้หรือมนุษย์ที่สูญพันธุ์อาจดูแปลก แต่ความรุนแรงของแบคทีเรียที่ดื้อยาปฏิชีวนะทำให้การวิจัยดังกล่าวคุ้มค่า Van Hoek กล่าว

ฮ่วยเฟือง (อ้างอิงจาก CNN)

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