Peste un milion de oameni mor în fiecare an din cauza infecțiilor rezistente la medicamente și se estimează că se va ajunge la 10 milioane până în 2050.

”Nu a existat o clasă cu adevărat nouă de antibiotice de zeci de ani și suntem atât de puțini care abordăm această problemă, încât trebuie să ne gândim la crearea de noi cadre în cercetarea antibioticelor”, spune Cesar de la Fuente, profesor în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea din Pennsylvania.

Laboratorul lui De la Fuente, Machine Biology Group, creează aceste noi cadre folosind parteneriate puternice în inginerie și științe ale sănătății, bazându-se pe „puterea mașinilor de a accelera descoperirile în biologie și medicină”.

Îmbinând inteligența artificială cu metode experimentale avansate, grupul a exploatat trecutul străvechi pentru descoperiri medicale viitoare. Într-un studiu recent publicat în Cell Host & Microbe, echipa a lansat domeniul „de-extincției moleculare”.

Genomul nostru – materialul nostru genetic – și genomul strămoșilor noștri, exprimă proteine ​​cu proprietăți antimicrobiene naturale. „De-extincția moleculară” presupune că aceste molecule ar putea fi candidați principali pentru noi medicamente sigure. Produse și selectate în mod natural prin evoluție, aceste molecule oferă avantaje promițătoare față de descoperirea moleculară, folosind numai AI.

În această lucrare, echipa a explorat expresiile proteomice a două organisme dispărute – Neanderthalienii și Denisovenii, precursori arhaici ai speciei umane – și a găsit zeci de secvențe mici de proteine ​​cu calități antibiotice. Laboratorul lor a lucrat apoi pentru a sintetiza aceste molecule, readucând la viață aceste elemente chimice dispărute de mult.

„Computerul ne oferă o secvență de aminoacizi. Acestea sunt elementele de bază ale unei peptide, o proteină mică. Apoi putem face aceste molecule folosind o metodă numită „sinteză chimică în fază solidă”. Transformăm rețeta de aminoacizi într-o moleculă reală și apoi o construim,”spune De la Fuente.

Echipa a aplicat apoi aceste molecule la agenții patogeni dintr-un vas, apoi și la șoareci, pentru a testa veridicitatea și eficacitatea predicțiilor lor computaționale.

„Peptidele care au funcționat, au funcționat destul de bine”, continuă de la Fuente. „În două cazuri, peptidele au fost comparabile – dacă nu mai bune – decât standardul de îngrijire. Cele care nu au funcționat ne-au ajutat să învățăm ce trebuia îmbunătățit în instrumentele noastre AI. Credem că această cercetare deschide ușa către noi moduri de a se gândi crearea de noi antibiotice.”

Acest nou univers de cercetare este deosebit de bogat. Pe lângă faptul că oferă un cadru complet nou pentru descoperirea medicamentelor, munca lor a oferit perspective neașteptate asupra sistemului nostru imunitar. În mod remarcabil, unele dintre secvențele de peptide în cauză nu au avut niciun rol cunoscut anterior în imunitate. De fapt, cercetările anterioare ale grupului au arătat deja că unele dintre moleculele antimicrobiene pe care le-au găsit erau ascunse, criptate în proteine ​​asociate cu sisteme și funcții complet diferite în organism.

„Un lucru care m-a surprins este acela că laboratorul nostru a găsit secvențe în fiecare sistem al corpului – cardiovascular, nervos, digestiv etc. Ceea ce nu am recunoscut înainte este că proteinele sau peptidele joacă un rol într-un sistem, ar putea contribui și la imunitate în general,”spune de la Fuente.

Viziunea tradițională în biologie este că o genă codifică o proteină și fiecare proteină are o funcție. Dar ceea ce echipa și colaboratorii lor talentați au descoperit este că o singură proteină poate avea mai multe funcții. Se deschide o cale cu totul nouă pentru a învăța despre modurile în care corpul nostru previne și combate bolile.

Odată cu de-extincția stabilită pentru aceste molecule, echipa de cercetare Penn Engineering explorează acum cu atenție consecințele reînvierii trecutului.

„Suntem în discuții cu bioeticieni despre ce înseamnă readucerea la viață a materialului genetic. O facem pentru medicină, dar ce se întâmplă dacă altcineva reînvie ceva toxic sau dăunător? O moleculă simplă, veche de mii de ani, trăiește și ne ajută să punem întrebări pe care nu le-am pus niciodată până acum,” a concluzionat De la Fuente.

 

Sursa material: Medicalxpress.com

Sursa foto:  Cell Host & Microbe