Yapay zeka kullanılarak 'Neandertal antibiyotikleri' geri getirilecek

Antibiyotik dirençli bakterilerin tehdidi

Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, dünyada her yıl antibiyotik dirençli bakteriler nedeniyle yaklaşık 5 milyon ölüm meydana gelirken, bu durumla başa çıkmak için potansiyel ilaçların bulunması son derece acil bir ihtiyaçtır.

Şimdi, biyoteknoloji öncüsü César de la Fuente liderliğindeki bir ekip, yapay zekâ (YZ) tabanlı hesaplamalı yöntemler kullanarak, Neandertaller gibi soyu tükenmiş insan akrabalarından genetik özellikler çıkarıyor ve antibiyotiklerini 40.000 yıl geriye götürüyor.

Antibiyotik direnci kimden geldi ve neandertaller nesli tükendi resim 1 — Nesli tükenmiş Neandertal türünün modeli. Fotoğraf: Getty

Bilim insanları , yaptıkları araştırmalar sonucunda bakterilerle savaşma yeteneğine sahip çok sayıda küçük protein veya peptit molekülü keşfettiler. Bu moleküller, insanlarda enfeksiyonlarla mücadele için yeni ilaçların geliştirilmesinin yolunu açabilir.

Antibiyotikler (penisilin gibi) doğal olarak (başka bir antimikrobiyal mikroorganizma tarafından) üretilenlerdir; antibiyotik olmayan antibakteriyeller (sülfonamitler ve antiseptikler gibi) ise tamamen sentetik olanlardır.
Ancak her ikisinin de mikroorganizmaları öldürme veya çoğalmasını engelleme gibi aynı amacı vardır ve her ikisi de antimikrobiyal kemoterapi kapsamına girer. Antibakteriyeller arasında antiseptikler, antibakteriyel sabunlar ve kimyasal deterjanlar bulunur; antibiyotikler ise tıpta ve bazen de hayvan yemlerinde kullanılan daha özel bir antibakteriyel türüdür.
Antibiyotikler soğuk algınlığı veya grip gibi hastalıklara neden olan virüslere karşı etkili değildir, bu nedenle virüsleri inhibe eden ilaçlara antibiyotikler değil, antiviraller veya antiviraller denir.

Araştırma ekibine liderlik eden Pennsylvania Üniversitesi'nden (ABD) Dr. Cesar de la Fuente, "Bu, canlı organizmalarda daha önce hiç görülmemiş yeni diziler, yeni molekül türleri keşfetmemizi sağlıyor ve bu da moleküler çeşitlilik hakkında daha geniş düşünmemizi sağlıyor," dedi. "Günümüz bakterileri bu yeni moleküllere daha önce hiç maruz kalmadı, bu nedenle bu, günümüzün tedavisi zor patojenleriyle başa çıkmak için iyi bir fırsat olabilir."

Uzmanlar, antibiyotiğe dirençli bakteriler hakkında yeni keşiflere acilen ihtiyaç duyulduğunu söylüyor. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'de moleküler, hücre ve gelişimsel biyoloji profesörü olan Michael Mahan, "Dünya bir antibiyotik direnci kriziyle karşı karşıya... Geleceğe yönelik potansiyel çözümler bulmak için geçmişe dönmemiz gerekiyorsa, ben buna varım," dedi.

"Jurassic Park"tan öneriler

Çoğu antibiyotik, toprakta yaşayan mikropların taranmasıyla keşfedilen bakteri ve mantarlardan kaynaklanır. Ancak son yıllarda, antibiyotiklerin aşırı kullanımı patojenlerin direnç geliştirmesine yol açmıştır.

De la Fuente, son on yıldır çeşitli peptitlerin antibiyotik alternatifleri olarak potansiyelini değerlendirmek için hesaplamalı yöntemler kullanıyor. Bir gün laboratuvarda, gişe rekorları kıran "Jurassic Park" filmi ortaya çıktı ve ekibe soyu tükenmiş molekülleri inceleme fikri verdi. "Neden geçmişteki molekülleri geri getirmeyelim?" dedi.

Daha önce bilinmeyen peptitleri bulmak için ekip, insan proteinlerindeki antibakteriyel aktiviteye sahip olabilecek parçalanmış bölgeleri tanıyacak bir yapay zeka algoritması geliştirdi. Bilim insanları daha sonra bunu, Homo sapiens, Neandertaller ve Neandertallerle yakın akraba olan bir diğer arkaik insan türü olan Denisovalılara ait, kamuya açık protein dizilerine uyguladı.

Ekip daha sonra, hangi antik peptitlerin bakterileri öldürme olasılığının en yüksek olduğunu tahmin etmek için önceki antibakteriyel peptitlerin özelliklerini kullandı.

Ekip daha sonra, bakterileri öldürüp öldüremeyeceklerini görmek için en umut verici 69 peptidi sentezleyip test etti. Ekip, dördü modern insanlardan, biri Neandertallerden ve biri Denisovalılardan olmak üzere en etkili altı peptidi seçti.

Ekip, fareleri, insanlarda hastane kaynaklı enfeksiyonların yaygın bir nedeni olan Acinetobacter baumannii bakterisiyle enfekte olmuş farelere maruz bıraktı. (Hastane kaynaklı enfeksiyon, bir hastanın hastanedeyken edindiği ve hastaneye yatırıldığında sahip olmadığı bir enfeksiyondur.)

Antibiyotik direnci kimden geldi ve neandertaller nesli tükendi resim 2 — Pennsylvania Üniversitesi'nden biyoteknoloji öncüsü César de la Fuente, algoritma tarafından seçilen altı peptitten Neandertal'e ait olanının, bakteriyle enfekte olmuş farelerde patojenlerle savaşmada en etkili olduğunu söylüyor. (Fotoğraf: Pennsylvania Üniversitesi)

De la Fuente, "Bence en heyecan verici anlardan biri, molekülleri laboratuvarda kimyasal olarak yeniden oluşturup sonra onları ilk kez hayata döndürdüğümüz zamandı. Bunu görmek bilimsel açıdan inanılmazdı," dedi.

Deri apseleri ile enfekte olmuş farelerde, peptitler bakterileri aktif olarak öldürdü; uyluk enfeksiyonları olan farelerde ise peptitler daha az etkiliydi ancak yine de bakteri büyümesini engelledi.

De la Fuente, "En iyi peptit, Neandertallerden gelen Neandertal 1 dediğimiz şeydi ve bu, farelerde en iyi işe yarayan şeydi" dedi.

Daha fazla araştırmaya ihtiyaç var

Ancak Bay De la Fuente, peptitlerin hiçbirinin "antibiyotik olarak kullanılmaya hazır" olmadığını ve bunun yerine çok fazla ince ayar gerektireceğini vurguladı. Gelecek yıl yayınlanması planlanan araştırmada, kendisi ve meslektaşları, ayrıntılı genetik bilgisi mevcut olan 208 nesli tükenmiş organizmanın protein dizilerini incelemek için yeni bir derin öğrenme modeli geliştirdi.

Ekip, yalnızca nesli tükenmiş canlılarda bulunan 11.000'den fazla keşfedilmemiş potansiyel antimikrobiyal peptit buldu ve en umut verici peptitleri Sibirya yünlü mamutundan, Steller deniz ineğinden (18. yüzyılda Arktik'te avlanma nedeniyle nesli tükenen bir deniz memelisi), dev tembel hayvandan ve İrlanda dev geyiğinden (Megaloceros giganteus) sentezledi. Yeni keşfedilen peptitlerin farelerde "mükemmel anti-enfeksiyon aktivitesi" gösterdiğini söyledi.

İngiltere'deki John Innes Merkezi'nin grup lideri Dr. Dmitry Ghilarov, yeni antibiyotik bulmanın önündeki engelin, bunların kararsız ve sentezlenmesinin zor olabilmesi olduğunu söyledi. Ghilarov, "Toksisite gibi zorluklar nedeniyle endüstri tarafından geliştirilmeyen ve araştırılmayan birçok peptit antibiyotik var," dedi.

Mayıs 2021'de yayınlanan bir makaleye göre, araştırmacılar tarafından tanımlanan 10.000 umut verici bileşikten yalnızca bir veya iki antibiyotik ABD Gıda ve İlaç Dairesi'nden onay aldı.

ABD'deki George Mason Üniversitesi Sistem Biyolojisi Okulu'nda araştırma direktörü ve profesör olan Dr. Monique van Hoek, doğada bulunan bir peptidin doğrudan yeni bir ilaç veya başka yeni bir antibiyotik oluşturmasının çok nadir olduğunu söyledi.

Van Hoek'e göre yeni bir peptidin keşfi, araştırmacıların peptidin yeni bir antibiyotik olarak potansiyelini araştırmak ve optimize etmek için hesaplamalı teknikler kullanmalarına zemin hazırlayacak.

Van Hoek şu anda araştırmalarını Amerikan timsahlarında bulunan doğal bir peptitten türetilen sentetik bir peptit üzerinde yoğunlaştırıyor. Peptit şu anda klinik öncesi testlerden geçiyor.

Bayan Van Hoek, yeni antibiyotiklerin nesli tükenmiş timsahlardan veya insanlardan elde edilmesinin tuhaf görünebileceğini, ancak antibiyotiklere dirençli bakterilerin ciddiyetinin bu tür araştırmaları değerli kıldığını söylüyor.

Hoai Phuong (CNN'e göre)

[reklam_2]
Kaynak