Χρησιμοποιώντας την Τεχνητή Νοημοσύνη για την επαναφορά των «αντιβιοτικών του Νεάντερταλ»

Η απειλή των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων

Σύμφωνα με τον ΠΟΥ, καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει σχεδόν 5 εκατομμύρια θανάτους κάθε χρόνο που σχετίζονται με βακτήρια ανθεκτικά στα αντιβιοτικά, η ανάγκη να βρεθούν πιθανά φάρμακα για την αντιμετώπιση αυτής της κατάστασης είναι εξαιρετικά επείγουσα.

Τώρα, μια ομάδα με επικεφαλής τον πρωτοπόρο της βιοτεχνολογίας César de la Fuente χρησιμοποιεί υπολογιστικές μεθόδους βασισμένες στην τεχνητή νοημοσύνη (AI) για να εξάγει γενετικά χαρακτηριστικά από εξαφανισμένους ανθρώπινους συγγενείς όπως οι Νεάντερταλ, ώστε να επαναφέρει τα αντιβιοτικά τους 40.000 χρόνια πίσω.

Μοντέλο εξαφανισμένου ανθρώπινου είδους Νεάντερταλ. Φωτογραφία: Getty

Μέσω έρευνας, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια σειρά από μικρά μόρια πρωτεΐνης ή πεπτιδίου που έχουν την ικανότητα να καταπολεμούν τα βακτήρια, κάτι που θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για νέα φάρμακα για την καταπολέμηση λοιμώξεων στους ανθρώπους.

Τα αντιβιοτικά (όπως η πενικιλίνη) είναι αυτά που παράγονται φυσικά (από έναν άλλο αντιμικροβιακό μικροοργανισμό), ενώ τα μη αντιβιοτικά αντιμικροβιακά (όπως οι σουλφοναμίδες και τα αντισηπτικά) είναι αυτά που είναι εντελώς συνθετικά.

Ωστόσο, και οι δύο τύποι έχουν τον ίδιο στόχο, τη θανάτωση ή την πρόληψη της ανάπτυξης μικροοργανισμών και εμπίπτουν στην κατηγορία της αντιμικροβιακής χημειοθεραπείας. Τα αντιβακτηριακά περιλαμβάνουν αντισηπτικά, αντιβακτηριακά σαπούνια, χημικά απορρυπαντικά, ενώ τα αντιβιοτικά είναι ο πιο εξειδικευμένος τύπος αντιβακτηριακού που χρησιμοποιείται στην ιατρική και μερικές φορές στις ζωοτροφές.

Τα αντιβιοτικά δεν δρουν ενάντια σε ιούς που προκαλούν ασθένειες όπως το κρυολόγημα ή η γρίπη, επομένως τα φάρμακα που αναστέλλουν τους ιούς ονομάζονται αντιιικά ή αντιρετροϊκά, όχι αντιβιοτικά.

«Μας επιτρέπει να ανακαλύψουμε νέες αλληλουχίες, νέους τύπους μορίων που δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ σε ζωντανούς οργανισμούς, γεγονός που μας ανοίγει την ευκαιρία να σκεφτούμε ευρύτερα τη μοριακή ποικιλομορφία», δήλωσε ο Δρ. Cesar de la Fuente από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια (ΗΠΑ), ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. «Τα σημερινά βακτήρια δεν έχουν συναντήσει ποτέ αυτά τα νέα μόρια, επομένως αυτή θα μπορούσε να είναι μια καλή ευκαιρία για την αντιμετώπιση των σημερινών παθογόνων που είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν».

Οι ειδικοί λένε ότι χρειάζονται επειγόντως νέα ευρήματα για τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια. «Ο κόσμος αντιμετωπίζει μια κρίση αντοχής στα αντιβιοτικά... Αν χρειαστεί να γυρίσουμε πίσω στο χρόνο για να βρούμε πιθανές λύσεις για το μέλλον, είμαι απόλυτα υπέρ», δήλωσε ο Michael Mahan, καθηγητής μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ.

Προτάσεις από το «Τζουράσικ Παρκ»

Τα περισσότερα αντιβιοτικά προέρχονται από βακτήρια και μύκητες, οι οποίοι ανακαλύπτονται μέσω ελέγχου μικροοργανισμών που ζουν στο έδαφος. Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες, η υπερβολική χρήση αντιβιοτικών έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη αντοχής σε αυτά από παθογόνους οργανισμούς.

Την τελευταία δεκαετία, ο Ντε λα Φουέντε έχει χρησιμοποιήσει υπολογιστικές μεθόδους για να αξιολογήσει τις δυνατότητες διαφόρων πεπτιδίων ως υποκατάστατων αντιβιοτικών. Μια μέρα στο εργαστήριο, εμφανίστηκε η επιτυχημένη ταινία «Τζουράσικ Παρκ», δίνοντας στην ομάδα την ιδέα να μελετήσει εξαφανισμένα μόρια. «Γιατί να μην επαναφέρουμε μόρια από το παρελθόν;» είπε.

Για να βρει προηγουμένως άγνωστα πεπτίδια, η ομάδα εκπαίδευσε έναν αλγόριθμο τεχνητής νοημοσύνης ώστε να αναγνωρίζει κατακερματισμένες θέσεις σε ανθρώπινες πρωτεΐνες που μπορεί να έχουν αντιβακτηριακή δράση. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες τον εφάρμοσαν σε δημόσια διαθέσιμες πρωτεϊνικές αλληλουχίες από Homo sapiens, Homo neanderthalensis και Denisovans - ένα άλλο αρχαϊκό ανθρώπινο είδος που σχετίζεται στενά με τους Νεάντερταλ.

Στη συνέχεια, η ομάδα χρησιμοποίησε τις ιδιότητες προηγούμενων αντιβακτηριακών πεπτιδίων για να προβλέψει ποια αρχαία πεπτίδια ήταν πιο πιθανό να σκοτώσουν βακτήρια.

Στη συνέχεια, η ομάδα συνέθεσε και εξέτασε τα 69 πιο ισχυρά πεπτίδια για να δει αν μπορούσαν να σκοτώσουν τα βακτήρια. Η ομάδα επέλεξε τα έξι πιο ισχυρά, συμπεριλαμβανομένων τεσσάρων από σύγχρονους ανθρώπους, ενός από Νεάντερταλ και ενός από Ντενίσοβαν.

Η ομάδα τους εξέθεσε σε ποντίκια μολυσμένα με το βακτήριο Acinetobacter baumannii, μια κοινή αιτία νοσοκομειακών λοιμώξεων στους ανθρώπους. (Μια νοσοκομειακή λοίμωξη είναι μια λοίμωξη που αποκτά ένας ασθενής ενώ βρίσκεται στο νοσοκομείο και δεν υπήρχε κατά την εισαγωγή του.)

Από τα έξι πεπτίδια που επιλέχθηκαν από τον αλγόριθμο, ένα από έναν Νεάντερταλ ήταν το πιο αποτελεσματικό στην καταπολέμηση παθογόνων σε ποντίκια που είχαν μολυνθεί με βακτήρια, δήλωσε ο πρωτοπόρος της βιοτεχνολογίας César de la Fuente του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια. (Φωτογραφία: Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια)

«Νομίζω ότι μια από τις πιο συναρπαστικές στιγμές ήταν όταν ανασυστήσαμε χημικά μόρια στο εργαστήριο και στη συνέχεια τα επαναφέραμε στη ζωή για πρώτη φορά. Ήταν καταπληκτικό από επιστημονικής άποψης να βλέπουμε αυτή τη στιγμή», δήλωσε ο Ντε λα Φουέντε.

Σε ποντίκια που είχαν μολυνθεί με δερματικά αποστήματα, τα πεπτίδια σκότωσαν ενεργά τα βακτήρια. Σε ποντίκια με λοιμώξεις του μηρού, τα πεπτίδια ήταν λιγότερο αποτελεσματικά αλλά παρόλα αυτά εμπόδισαν την ανάπτυξη βακτηρίων.

«Το καλύτερο πεπτίδιο ήταν αυτό που ονομάζουμε Νεάντερταλ 1, από τους Νεάντερταλ, και αυτό ήταν που λειτούργησε καλύτερα σε ποντίκια», δήλωσε ο Ντε λα Φουέντε.

Απαιτείται περισσότερη έρευνα

Ωστόσο, ο Ντε λα Φουέντε τόνισε ότι κανένα από τα πεπτίδια δεν είναι «έτοιμο για χρήση ως αντιβιοτικό» και αντίθετα θα απαιτούσε εκτεταμένες τροποποιήσεις. Σε έρευνα που αναμένεται να δημοσιευτεί τον επόμενο χρόνο, αυτός και οι συνάδελφοί του ανέπτυξαν ένα νέο μοντέλο βαθιάς μάθησης για να εξερευνήσουν τις αλληλουχίες πρωτεϊνών 208 εξαφανισμένων οργανισμών για τους οποίους υπήρχαν διαθέσιμες λεπτομερείς γενετικές πληροφορίες.

Η ομάδα ανακάλυψε περισσότερα από 11.000 προηγουμένως άγνωστα πιθανά αντιμικροβιακά πεπτίδια που βρίσκονταν μόνο σε εξαφανισμένα πλάσματα και συνέθεσε τα πιο πολλά υποσχόμενα πεπτίδια από το μαλλιαρό μαμούθ της Σιβηρίας, τη θαλάσσια αγελάδα του Στέλερ (ένα θαλάσσιο θηλαστικό που εξαφανίστηκε τον 18ο αιώνα λόγω κυνηγιού στην Αρκτική), τη γιγάντια βραδύποδα και την ιρλανδική γιγάντια άλκη (Megaloceros giganteus). Είπε ότι τα πρόσφατα ανακαλυφθέντα πεπτίδια είχαν «εξαιρετική αντιμολυσματική δράση» σε ποντίκια.

Ο Δρ Ντμίτρι Γκιλάροφ, επικεφαλής της ομάδας στο Κέντρο John Innes στο Ηνωμένο Βασίλειο, δήλωσε ότι το εμπόδιο στην εύρεση νέων αντιβιοτικών είναι ότι μπορεί να είναι ασταθή και δύσκολο να συντεθούν. «Υπάρχουν πολλά από αυτά τα πεπτιδικά αντιβιοτικά που δεν έχουν αναπτυχθεί και δεν έχουν επιδιωχθεί από τη βιομηχανία λόγω δυσκολιών όπως η τοξικότητα», δήλωσε ο Γκιλάροφ.

Από τις 10.000 πολλά υποσχόμενες ενώσεις που εντόπισαν οι ερευνητές, μόνο ένα ή δύο αντιβιοτικά έχουν λάβει έγκριση από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ, σύμφωνα με έγγραφο που δημοσιεύθηκε τον Μάιο του 2021.

Η Δρ. Μονίκ βαν Χουκ, καθηγήτρια και αναπληρώτρια διευθύντρια έρευνας στη Σχολή Συστημικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Τζορτζ Μέισον (ΗΠΑ), δήλωσε ότι είναι πολύ σπάνιο ένα πεπτίδιο που βρίσκεται στη φύση να δημιουργεί άμεσα ένα νέο φάρμακο ή άλλο είδος αντιβιοτικού.

Η ανακάλυψη ενός νέου πεπτιδίου θα θέσει τις βάσεις για τους ερευνητές ώστε να χρησιμοποιήσουν υπολογιστικές τεχνικές για να διερευνήσουν και να βελτιστοποιήσουν τις δυνατότητες του πεπτιδίου ως νέου αντιβιοτικού, σύμφωνα με τον Van Hoek.

Η Van Hoek επικεντρώνει επί του παρόντος την έρευνά της σε ένα συνθετικό πεπτίδιο που προέρχεται από ένα φυσικό πεπτίδιο που βρίσκεται στους αμερικανικούς αλιγάτορες. Το πεπτίδιο βρίσκεται επί του παρόντος σε προκλινικές δοκιμές.

Ενώ μπορεί να φαίνεται περίεργο να βρίσκουμε νέα αντιβιοτικά από εξαφανισμένους κροκόδειλους ή ανθρώπους, η σοβαρότητα των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων καθιστά αξιόλογη μια τέτοια έρευνα, λέει ο Van Hoek.

Hoai Phuong (σύμφωνα με το CNN)

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