Как искусственный интеллект возрождает вымершие антибиотики

AGI — белковые молекулы, произведенные вымершими гоминидами времен неандертальцев, были возвращены к жизни с помощью искусственного интеллекта. Об этом свидетельствует исследование Пенсильванского университета в Филадельфии, опубликованное в журнале Cell Host & Microbe. Исследователия применил вычислительные методы к данным о белках как современных людей,или Homo sapiens, и наши давно вымершие родственники, такие как Homo Denisova

Это позволило ученым идентифицировать молекулы, способные убивать болезнетворные бактерии, что могло вдохновить на создание новых лекарств для лечения инфекций человека. «Мы движимы идеей вернуть к жизни молекулы прошлого для решения сегодняшних проблем», — сказал Сесар де ла Фуэнте, соавтор исследования и биоинженер из Пенсильванского университета в Филадельфии.

В последние десятилетия разработка антибиотиков замедлилась. большинство из тех, что назначают сегодня, находятся на рынке более 30 летв то время как число устойчивых к антибиотикам бактерий находится на подъеме. Многие организмы продуцируют короткие белковые субъединицы, называемые пептидами, которые обладают противомикробными свойствами. Несколько антимикробных пептидов, большинство из которых были выделены из бактерий, уже используются в клинической практике.

Будущие сценарии

Белки вымерших видов могут быть неиспользованным ресурсом для разработки антибиотиков. В связи с этим исследовательская группа обучила алгоритм искусственного интеллекта распознавать участки человеческих белков, где они, как известно, разрезаются на пептиды.

Чтобы найти новые пептиды, команда ученых применила алгоритм к общедоступным белковым последовательностям — картам аминокислот белка из H. sapiens, H. neanderthalensis и Denisovans — а затем использовала свойства антимикробных пептидов, чтобы предсказать, какие из них эти новые пептиды могут убивать бактерии.

«Поиск и тестирование кандидатов в лекарства с использованием ИИ занимает недели; Напротив, при использовании старых методов требуется от трех до шести лет, чтобы открыть один новый антибиотик.— сказал де ла Фуэнте. Исследователи проверили десятки пептидов, чтобы увидеть, могут ли они убивать бактерии в лаборатории, а затем выбрали шесть сильнодействующих пептидов, четыре из H. sapiens, один из H. neanderthalensis и один из H.Denisovans, и поместили их в мышей, которых кормили инфицированными вирусом. бактерия Acinetobacter baumannii, вызывающая распространенные внутрибольничные инфекции у людей.

Все шесть пептидов блокировали рост A. baumannii в мышцах бедра, но ни один из них не убивал бактерии. Пять молекул убивали бактерии, растущие в абсцессах кожи. “Используемые дозы были чрезвычайно высокими.», — объяснил Натаниэль Грей, биолог-химик из Стэнфордского университета в Калифорнии.

По словам де ла Фуэнте, модификация наиболее успешных молекул может создать более эффективные версии. Точно так же настройка алгоритма может улучшить идентификацию противомикробных пептидов с меньшим количеством ложных срабатываний. «Хотя алгоритм, который мы использовали, не дал никаких удивительных молекул, я думаю, что концепция и структура представляют собой совершенно новый взгляд на открытие лекарств», — сказал де ла Фуэнте.

«Основная идея интересна, — сказал Грей. «Но до тех пор, пока алгоритм не сможет предсказывать клинически значимые пептиды с более высокой степенью успеха, чем в настоящее время, обнаружение этих молекул не окажет большого влияния на открытие лекарств», — продолжил Грей.

“Я рад видеть новый подход в такой малоизученной области, как разработка антибиотиков.сказал Юан Эшли, эксперт по геномике и точному здоровью в Стэнфордском университете в Калифорнии. «Де ла Фуэнте и его коллеги убедили меня, что погружение в изучение архаичного человеческого генома может быть интересным и потенциально полезным», — заключила Эшли.