Naukowcy z Uniwersytetu Pensylwanii wykorzystali sztuczną inteligencję do zidentyfikowania związków antybiotykowych ukrytych w mikroorganizmach Archaea. Odkrycie może stać się przełomem w walce z globalnym kryzysem oporności na antybiotyki.
Wyniki nowatorskiego badania opublikowano w „Nature Microbiology”. Za ich przygotowaniem stoi zespół kierowany przez Césara de la Fuente, Presidential Associate Professor w dziedzinie bioinżynierii. Badacze zastosowali zaktualizowaną wersję systemu AI APEX do analizy białek pochodzących z 233 gatunków Archaea. W efekcie zidentyfikowano ponad 12 000 potencjalnych kandydatów na antybiotyki, nazwanych „archaeasynami”.
Mikroorganizmy Archaea – starożytne źródło nowoczesnych leków?
Archaea to jedne z najstarszych form życia na Ziemi. Istnieją od miliardów lat, przetrwały w warunkach wrzących źródeł, kominów hydrotermalnych czy silnie kwaśnych zbiorników. Ich unikalna biochemia sprawia, że są praktycznie niewykorzystanym dotąd rezerwuarem związków bioaktywnych.
Pod mikroskopem mogą przypominać bakterie, ale różnią się od nich budową genetyczną, strukturą błon komórkowych oraz procesami metabolicznymi. Te różnice to wynik setek milionów lat ewolucji w ekstremalnych warunkach. I to właśnie one sprawiają, że białka i peptydy tych mikroorganizmów mogą działać w zupełnie inny sposób niż dotychczas znane antybiotyki.
– Jeśli te organizmy przetrwały miliardy lat w ekstremalnych warunkach, to prawdopodobnie wykształciły unikalne sposoby walki z konkurencją mikrobiologiczną, sposoby, z których możemy się uczyć – podkreśla Marcelo Torres, współautor badania.
Przeczytaj także: AI rozpoznaje depresję po ruchu oczu. Polscy naukowcy opracowali nowatorską metodę diagnostyczną
AI jako akcelerator badań
Poszukiwanie nowych leków przeciwdrobnoustrojowych to proces kosztowny i czasochłonny, często trwający ponad dekadę. Tradycyjnie obejmuje on izolację substancji, testy in vitro, badania na modelach zwierzęcych, a dopiero później próby kliniczne.
System APEX radykalnie skraca pierwszy etap. Został wytrenowany na tysiącach peptydów o znanych właściwościach przeciwdrobnoustrojowych. Dzięki temu potrafi przewidzieć, które sekwencje aminokwasów w białkach Archaea mogą mieć podobne działanie.
– Próba znalezienia nowego antybiotyku metodą tradycyjną to jak szukanie igły w stogu siana. AI wskazuje, w której części stogu ta igła może się znajdować – wyjaśnia Fangping Wan, członek zespołu badawczego.
Wyniki, które robią wrażenie
Do testów wybrano 80 archaeasynów. Aż 93% wykazało aktywność przeciwdrobnoustrojową wobec co najmniej jednego patogenu, w tym szczepów odpornych na wiele leków, takich jak bakterie wywołujące groźne infekcje szpitalne. W modelach zwierzęcych trzy cząsteczki skutecznie zatrzymywały rozwój infekcji. Ponadto jeden związek wykazał skuteczność porównywalną z polimyksyną B – antybiotykiem ostatniej szansy.
Co istotne, archaeasyny działają inaczej niż większość znanych peptydów przeciwdrobnoustrojowych. Zamiast niszczyć błonę komórkową bakterii od zewnątrz, zakłócają wewnętrzne impulsy elektryczne utrzymujące komórkę przy życiu.
Przeczytaj także: Google MedGemma i nowy AMIE – AI wkracza do gabinetu lekarskiego z pomocą dla lekarzy i pacjentów
Kryzys antybiotykowy wymaga nowych strategii
Według „The Lancet”, infekcje oporne na leki mogą spowodować 39 mln zgonów w latach 2025–2050. Roczna liczba ofiar może wzrosnąć z 1,14 mln w 2021 r. do 1,91 mln w połowie stulecia. Eksperci ostrzegają, że bez nowych terapii medycyna cofnie się do czasów sprzed ery antybiotyków, kiedy nawet drobne infekcje mogły być śmiertelne.
– W związku z coraz większą liczbą bakterii rozwijających odporność na istniejące antybiotyki, konieczne jest szukanie nowych antybiotyków w niekonwencjonalnych miejscach. Jesteśmy dopiero na początku tej drogi – twierdzi de la Fuente:
Archaea, AI i dalsze badania – co można jeszcze odkryć?
Zespół planuje dalsze doskonalenie systemu APEX, by mógł przewidywać skuteczność antybiotyków także na podstawie ich trójwymiarowej struktury. Równolegle rozpoczną się szczegółowe badania nad bezpieczeństwem archaeasynów, zanim będzie można przejść do badań klinicznych u ludzi.
Dla nauki to ważny sygnał. AI nie tylko automatyzuje procesy, ale może też otworzyć zupełnie nowe pola eksploracji biologicznej. Archeasyny mogą być pierwszym przykładem całej nowej generacji antybiotyków inspirowanych ekstremofilami.
Porozmawiaj z nami o sztucznej inteligencji
Dołącz do grupy "AI Business" na Facebooku
Polecamy e-book o AI
AI w marketingu – jak zwiększyć sprzedaż i zaangażowanie klientów?
Test Turinga: Czy AI jest już inteligentniejsze od człowieka?