Využití umělé inteligence k oživení „neandrtálských antibiotik“

Hrozba bakterií rezistentních na antibiotika

Podle WHO je v době, kdy svět každoročně čelí téměř 5 milionům úmrtí v souvislosti s bakteriemi rezistentními na antibiotika, mimořádně naléhavá potřeba najít potenciální léky, které by tuto situaci zvládly.

Tým vedený průkopníkem biotechnologií Césarem de la Fuente nyní využívá výpočetní metody založené na umělé inteligenci (AI) k získávání genetických znaků od vyhynulých lidských příbuzných, jako jsou neandrtálci, aby vrátil jejich antibiotika o 40 000 let zpět.

Model vyhynulého lidského druhu neandrtálce. Foto: Getty

Vědci prostřednictvím výzkumu objevili řadu malých proteinových nebo peptidových molekul, které mají schopnost bojovat proti bakteriím, což by mohlo připravit cestu pro nové léky v boji proti infekcím u lidí.

Antibiotika (jako je penicilin) ​​jsou ta, která jsou produkována přirozeně (jiným antimikrobiálním mikroorganismem), zatímco neantibiotická antimikrobiální látky (jako jsou sulfonamidy a antiseptika) jsou ta, která jsou zcela syntetická.

Oba typy však mají stejný cíl, a to hubení mikroorganismů nebo jejich prevenci v jejich růstu, a oba spadají do kategorie antimikrobiální chemoterapie. Mezi antibakteriální látky patří antiseptika, antibakteriální mýdla a chemické detergenty, zatímco antibiotika jsou specializovanějším typem antibakteriálních látek používaných v lékařství a někdy i v krmivech pro zvířata.

Antibiotika neúčinkují proti virům, které způsobují onemocnění, jako je nachlazení nebo chřipka, takže léky, které viry potlačují, se nazývají antivirotika nebo antiretrovirotika, nikoli antibiotika.

„Umožňuje nám objevit nové sekvence, nové typy molekul, které dosud nebyly v živých organismech pozorovány, což nás otevírá širšímu pohledu na molekulární rozmanitost,“ řekl Dr. Cesar de la Fuente z Pensylvánské univerzity (USA), který vedl výzkumný tým. „Dnešní bakterie se s těmito novými molekulami nikdy nesetkaly, takže by to mohla být dobrá příležitost, jak se vypořádat s dnešními těžko léčitelnými patogeny.“

Odborníci tvrdí, že jsou naléhavě potřebné nové poznatky o bakteriích rezistentních na antibiotika. „Svět čelí krizi rezistence na antibiotika… Pokud se potřebujeme vrátit v čase, abychom přišli s potenciálními řešeními pro budoucnost, jsem pro to,“ řekl Michael Mahan, profesor molekulární, buněčné a vývojové biologie na Kalifornské univerzitě v Berkeley.

Návrhy z filmu „Jurský park“

Většina antibiotik pochází z bakterií a hub, které byly objeveny screeningem mikroorganismů žijících v půdě. V posledních desetiletích však nadměrné používání antibiotik vedlo k tomu, že si vůči nim patogeny vyvinuly rezistenci.

Během posledního desetiletí De la Fuente využíval výpočetní metody k hodnocení potenciálu různých peptidů jako náhrady antibiotik. Jednoho dne v laboratoři se objevil trhák „Jurský park“, což týmu vnuklo nápad studovat zaniklé molekuly. „Proč neobrátit zpět molekuly z minulosti?“ zeptal se.

Aby tým nalezl dříve neznámé peptidy, natrénoval algoritmus umělé inteligence k rozpoznávání fragmentovaných míst v lidských proteinech, která by mohla mít antibakteriální aktivitu. Vědci jej poté aplikovali na veřejně dostupné proteinové sekvence z Homo sapiens, Homo neanderthalensis a Denisovana – dalšího archaického lidského druhu blízce příbuzného neandrtálcům.

Tým poté využil vlastnosti předchozích antibakteriálních peptidů k ​​předpovědi, které starověké peptidy s největší pravděpodobností ničí bakterie.

Tým dále syntetizoval a testoval 69 nejúčinnějších peptidů, aby zjistil, zda dokážou bakterie zabít. Tým vybral šest nejúčinnějších, včetně čtyř od moderních lidí, jednoho od neandrtálců a jednoho od denisovanů.

Tým je vystavil myším infikovaným bakterií Acinetobacter baumannii, která je běžnou příčinou nozokomiálních infekcí u lidí. (Nozokomiální infekce je infekce, kterou pacient získá během pobytu v nemocnici a která u něj nebyla přítomna v době jeho přijetí.)

Z šesti peptidů vybraných algoritmem byl jeden z neandrtálce nejúčinnější v boji proti patogenům u myší infikovaných bakteriemi, uvedl průkopník biotechnologie César de la Fuente z Pensylvánské univerzity. (Foto: Pensylvánská univerzita)

„Myslím, že jedním z nejzajímavějších momentů bylo, když jsme v laboratoři chemicky rekonstituovali molekuly a pak je poprvé přivedli zpět k životu. Z vědeckého hlediska bylo úžasné ten okamžik vidět,“ řekl De la Fuente.

U myší infikovaných kožními abscesy peptidy aktivně ničily bakterie; u myší s infekcemi stehen byly peptidy méně účinné, ale stále bránily růstu bakterií.

„Nejlepším peptidem byl ten, kterému říkáme Neanderthal 1, od neandrtálců, a ten fungoval nejlépe u myší,“ řekl De la Fuente.

Je potřeba více výzkumu

De la Fuente však zdůraznil, že žádný z peptidů není „připraven k použití jako antibiotikum“ a místo toho by vyžadoval rozsáhlé úpravy. Ve výzkumu, který má být publikován příští rok, vyvinul se svými kolegy nový model hlubokého učení, který má prozkoumat proteinové sekvence 208 vyhynulých organismů, pro které byly k dispozici podrobné genetické informace.

Tým objevil více než 11 000 dříve neobjevených potenciálních antimikrobiálních peptidů, které se vyskytovaly pouze u vyhynulých tvorů, a syntetizoval nejslibnější peptidy ze sibiřského srstnatého mamuta, mořské krávy Stellerovy (mořského savce, který vyhynul v 18. století kvůli lovu v Arktidě), lenochoda obrovského a irského losa obrovského (Megaloceros giganteus). Uvedl, že nově objevené peptidy měly u myší „vynikající antiinfekční aktivitu“.

Dr. Dmitrij Ghilarov, vedoucí skupiny v John Innes Centre ve Velké Británii, uvedl, že úzkým hrdlem při hledání nových antibiotik je jejich nestabilní a obtížná syntéza. „Existuje mnoho z těchto peptidových antibiotik, která průmysl nevyvíjí a nesleduje kvůli obtížím, jako je toxicita,“ řekl Ghilarov.

Z 10 000 slibných sloučenin identifikovaných vědci získaly pouze jedno nebo dvě antibiotika schválení od amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA), uvádí se v článku publikovaném v květnu 2021.

Dr. Monique van Hoek, profesorka a zástupkyně ředitele výzkumu na Škole systémové biologie na George Mason University (USA), uvedla, že je velmi vzácné, aby peptid nacházející se v přírodě přímo vytvořil nový lék nebo jiný typ antibiotika.

Objev nového peptidu připraví půdu pro výzkumníky, aby mohli pomocí výpočetních technik prozkoumat a optimalizovat potenciál peptidu jako nového antibiotika, uvádí Van Hoek.

Van Hoek se v současné době ve svém výzkumu zaměřuje na syntetický peptid odvozený z přírodního peptidu nalezeného u amerických aligátorů. Peptid v současné době prochází preklinickými testy.

I když se může zdát zvláštní získávat nová antibiotika z vyhynulých krokodýlů nebo lidí, závažnost bakterií rezistentních na antibiotika činí takový výzkum užitečným, říká Van Hoek.

Hoai Phuong (podle CNN)

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