ใช้ AI เพื่อนำ 'ยาปฏิชีวนะสำหรับคนยุคนีแอนเดอร์ธัล' กลับมา

ภัยคุกคามจากเชื้อแบคทีเรียดื้อยา

ตามข้อมูลของ WHO ในขณะที่โลก กำลังเผชิญกับการเสียชีวิตเกือบ 5 ล้านรายต่อปีจากเชื้อแบคทีเรียดื้อยา ดังนั้น ความจำเป็นในการแสวงหายารักษาโรคที่มีศักยภาพเพื่อรับมือกับสถานการณ์ดังกล่าวจึงมีความเร่งด่วนอย่างยิ่ง

ปัจจุบัน ทีมงานที่นำโดย César de la Fuente ผู้บุกเบิกด้านเทคโนโลยีชีวภาพ กำลังใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ในการขุดค้นลักษณะทางพันธุกรรมจากญาติมนุษย์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว เช่น มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล เพื่อนำยาปฏิชีวนะกลับมาเมื่อ 40,000 ปีที่แล้ว

แบบจำลองของมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ภาพ: Getty

จากการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ ได้ค้นพบโปรตีนขนาดเล็กหรือโมเลกุลเปปไทด์หลายชนิดที่มีความสามารถในการต่อสู้กับแบคทีเรีย ซึ่งอาจเป็นหนทางไปสู่การผลิตยาชนิดใหม่เพื่อต่อสู้กับการติดเชื้อในมนุษย์ได้

ยาปฏิชีวนะ (เช่น เพนนิซิลลิน) เป็นยาที่ผลิตขึ้นตามธรรมชาติ (โดยจุลินทรีย์ต้านจุลชีพชนิดอื่น) ในขณะที่ยาต้านจุลชีพที่ไม่ใช่ยาปฏิชีวนะ (เช่น ซัลโฟนาไมด์และยาฆ่าเชื้อ) เป็นยาสังเคราะห์ 100%

อย่างไรก็ตาม ยาทั้งสองประเภทมีเป้าหมายเดียวกันในการฆ่าหรือป้องกันการเติบโตของจุลินทรีย์ และทั้งสองประเภทจัดอยู่ในประเภทของเคมีบำบัดต้านจุลินทรีย์ ยาต้านแบคทีเรีย ได้แก่ ยาฆ่าเชื้อ สบู่ต้านแบคทีเรีย ผงซักฟอกเคมี ในขณะที่ยาปฏิชีวนะเป็นยาต้านแบคทีเรียประเภทเฉพาะทางที่ใช้ในทางการแพทย์และบางครั้งใช้ในอาหารสัตว์

ยาปฏิชีวนะไม่สามารถต่อต้านไวรัสที่ทำให้เกิดอาการเจ็บป่วย เช่น หวัดหรือไข้หวัดใหญ่ ดังนั้น ยาที่ยับยั้งไวรัสจึงเรียกว่ายาต้านไวรัสหรือยาต้านไวรัส ไม่ใช่ยาปฏิชีวนะ

“สิ่งนี้ช่วยให้เรา ค้นพบ ลำดับใหม่ โมเลกุลประเภทใหม่ที่ไม่เคยพบในสิ่งมีชีวิตมาก่อน ซึ่งเปิดโอกาสให้เราคิดเกี่ยวกับความหลากหลายของโมเลกุลในวงกว้างมากขึ้น” ดร. Cesar de la Fuente จากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย (สหรัฐอเมริกา) ซึ่งเป็นผู้นำทีมวิจัยกล่าว “แบคทีเรียในปัจจุบันไม่เคยพบกับโมเลกุลใหม่เหล่านี้มาก่อน ดังนั้น นี่อาจเป็นโอกาสที่ดีในการจัดการกับเชื้อก่อโรคที่รักษาได้ยากในปัจจุบัน”

ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าจำเป็นต้องมีการค้นพบใหม่เกี่ยวกับแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะอย่างเร่งด่วน “โลกกำลังเผชิญกับวิกฤตการดื้อยาปฏิชีวนะ... หากเราจำเป็นต้องย้อนเวลากลับไปเพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับอนาคต ฉันเห็นด้วยอย่างยิ่ง” ไมเคิล มาฮาน ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาโมเลกุล เซลล์ และการพัฒนาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กล่าว

คำแนะนำจาก “จูราสสิค พาร์ค”

ยาปฏิชีวนะส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดมาจากแบคทีเรียและเชื้อรา ซึ่งค้นพบโดยการคัดกรองจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในดิน แต่ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไปทำให้เชื้อโรคดื้อยา

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เดลา ฟูเอนเต้ได้ใช้การคำนวณเพื่อประเมินศักยภาพของเปปไทด์ต่างๆ ในการทดแทนยาปฏิชีวนะ วันหนึ่งในห้องทดลอง มีภาพยนตร์ฟอร์มยักษ์เรื่อง “Jurassic Park” ปรากฏขึ้น ทำให้ทีมงานเกิดความคิดที่จะศึกษาโมเลกุลที่สูญพันธุ์ไป “ทำไมไม่นำโมเลกุลจากอดีตกลับมาล่ะ” เขากล่าว

เพื่อค้นหาเปปไทด์ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ทีมวิจัยได้ฝึกอัลกอริทึม AI ให้จดจำตำแหน่งที่แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยในโปรตีนของมนุษย์ที่อาจมีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย จากนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงนำอัลกอริทึมนี้ไปใช้กับลำดับโปรตีนที่เปิดเผยต่อสาธารณะจากมนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์อย่าง Homo sapiens, Homo neanderthalensis และ Denisovans ซึ่งเป็นมนุษย์โบราณอีกสายพันธุ์หนึ่งที่มีความใกล้ชิดกับมนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์อย่าง Neanderthal

จากนั้นทีมได้ใช้คุณสมบัติของเปปไทด์ต่อต้านแบคทีเรียรุ่นก่อนหน้าเพื่อทำนายเปปไทด์โบราณชนิดใดมีแนวโน้มสูงสุดที่จะฆ่าแบคทีเรียได้

จากนั้น ทีมได้สังเคราะห์และทดสอบเปปไทด์ที่มีศักยภาพสูงสุด 69 ชนิดเพื่อดูว่าสามารถฆ่าแบคทีเรียได้หรือไม่ ทีมได้เลือกเปปไทด์ที่มีศักยภาพสูงสุด 6 ชนิด โดย 4 ชนิดมาจากมนุษย์ยุคใหม่ 1 ชนิดมาจากมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล และ 1 ชนิดมาจากมนุษย์เดนิโซวาน

ทีมงานได้นำเชื้อดังกล่าวไปทดลองกับหนูที่ติดเชื้อแบคทีเรีย Acinetobacter baumannii ซึ่งเป็นสาเหตุทั่วไปของการติดเชื้อในโรงพยาบาลในมนุษย์ (การติดเชื้อในโรงพยาบาลคือการติดเชื้อที่ผู้ป่วยได้รับขณะอยู่ในโรงพยาบาลและไม่ได้ปรากฏอยู่ในขณะเข้ารับการรักษา)

จากเปปไทด์ทั้ง 6 ชนิดที่อัลกอริธึมคัดเลือก เปปไทด์ 1 ชนิดจากมนุษย์นีแอนเดอร์ธัลมีประสิทธิภาพสูงสุดในการต่อสู้กับเชื้อโรคในหนูที่ติดเชื้อแบคทีเรีย เซซาร์ เด ลา ฟูเอนเต้ นักบุกเบิกด้านเทคโนโลยีชีวภาพจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าว (ภาพ: มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย)

“ผมคิดว่าช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นที่สุดช่วงหนึ่งคือช่วงที่เราสร้างโมเลกุลขึ้นใหม่ทางเคมีในห้องแล็บแล้วทำให้มันกลับมามีชีวิตอีกครั้งเป็นครั้งแรก เป็นเรื่องน่าทึ่งจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ที่ได้เห็นช่วงเวลานั้น” เด ลา ฟูเอนเตกล่าว

ในหนูที่ติดเชื้อฝีที่ผิวหนัง เปปไทด์จะฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนในหนูที่ติดเชื้อที่ต้นขา เปปไทด์มีประสิทธิภาพน้อยลงแต่ยังคงป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียได้

“เปปไทด์ที่ดีที่สุดคือสิ่งที่เราเรียกว่า นีแอนเดอร์ทัล 1 จากมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล และมันเป็นเปปไทด์ที่ทำงานได้ดีที่สุดในหนู” เด ลา ฟูเอนเต้กล่าว

จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม

อย่างไรก็ตาม เดลา ฟูเอนเต้เน้นย้ำว่าเปปไทด์เหล่านี้ไม่มีตัวใดเลยที่ "พร้อมจะใช้เป็นยาปฏิชีวนะ" และจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนอย่างมากแทน ในการวิจัยที่จะเผยแพร่ในปีหน้า เขาและเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาแบบจำลองการเรียนรู้เชิงลึกใหม่เพื่อสำรวจลำดับโปรตีนของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้ว 208 ชนิดซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมโดยละเอียด

ทีมวิจัยพบเปปไทด์ที่มีศักยภาพต้านจุลชีพมากกว่า 11,000 ชนิดที่ยังไม่เคยถูกค้นพบมาก่อน ซึ่งพบได้เฉพาะในสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วเท่านั้น และสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีแนวโน้มดีที่สุดจากแมมมอธขนยาวไซบีเรีย วัวทะเลสเตลเลอร์ (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลที่สูญพันธุ์ในศตวรรษที่ 18 เนื่องจากการล่าในอาร์กติก) สลอธยักษ์ และมูสยักษ์ไอริช (Megaloceros giganteus) เขาบอกว่าเปปไทด์ที่เพิ่งค้นพบใหม่นี้มี "ฤทธิ์ต้านการติดเชื้อที่ยอดเยี่ยม" ในหนู

ดร. ดมิทรี กิลารอฟ หัวหน้ากลุ่มที่ศูนย์จอห์น อินเนส ในสหราชอาณาจักร กล่าวว่าอุปสรรคสำคัญในการค้นหายาปฏิชีวนะชนิดใหม่คือ ยาปฏิชีวนะเหล่านี้ไม่เสถียรและสังเคราะห์ได้ยาก “ยาปฏิชีวนะเปปไทด์หลายชนิดไม่ได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเนื่องจากมีปัญหา เช่น พิษ” กิลารอฟกล่าว

จากสารประกอบที่มีแนวโน้มดี 10,000 ชนิดที่นักวิจัยระบุไว้ มียาปฏิชีวนะเพียงหนึ่งหรือสองชนิดเท่านั้นที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐฯ ตามรายงานที่ตีพิมพ์ในเดือนพฤษภาคม 2021

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

การค้นพบเปปไทด์ชนิดใหม่จะเป็นการปูทางให้นักวิจัยได้ใช้เทคนิคการคำนวณเพื่อสำรวจและเพิ่มประสิทธิภาพศักยภาพของเปปไทด์ในฐานะยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ตามที่ Van Hoek กล่าว

ปัจจุบันแวน โฮคกำลังมุ่งเน้นการวิจัยเกี่ยวกับเปปไทด์สังเคราะห์ที่ได้จากเปปไทด์ธรรมชาติที่พบในจระเข้อเมริกัน เปปไทด์ดังกล่าวกำลังอยู่ในระหว่างการทดสอบก่อนทางคลินิก

แม้ว่าการหาแหล่งยาปฏิชีวนะใหม่จากจระเข้หรือมนุษย์ที่สูญพันธุ์อาจดูแปลก แต่ความรุนแรงของแบคทีเรียที่ดื้อยาปฏิชีวนะทำให้การวิจัยดังกล่าวคุ้มค่า แวน โฮคกล่าว

ฮ่วยเฟือง (อ้างอิงจาก CNN)

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