O echipă internaţională de cercetători a descoperit aproape un milion de surse potenţiale de antibiotice în lumea naturală.
Cu aproape un secol în urmă, descoperirea antibioticelor, cum ar fi penicilina, a revoluţionat medicina prin valorificarea abilităţilor naturale ale microbilor de a ucide bacteriile.
Acum, un nou studiu condus de cercetători de la facultatea de medicină Perelman de la Universitatea din Pennsylvania (Penn) sugerează că descoperirea antibioticelor din produse naturale este pe cale să accelereze într-o nouă eră, alimentată de inteligenţa artificială (AI).
„Există o nevoie urgentă de noi metode de descoperire a antibioticelor”, a declarat într-un comunicat profesorul Luis Pedro Coelho, de la Centrul de cercetare a microbiomului din cadrul Universităţii Queensland din Australia (QUT). Centrul studiază structura şi funcţia comunităţilor microbiene din întreaga lume.
„Este una dintre principalele ameninţări la adresa sănătăţii publice, ucigând 1,27 milioane de oameni în fiecare an”, a precizat acesta.
În lipsa unei intervenţii, se estimează că rezistenţa antimicrobiană (RAM) ar putea cauza până la 10 milioane de decese pe an până în 2050.
„Folosind inteligenţa artificială pentru a înţelege şi a valorifica puterea microbiomului global, sperăm că vom stimula cercetarea inovatoare pentru rezultate mai bune în domeniul sănătăţii publice”, a spus prof. Coelho.
Cercetarea, publicată miercuri în revista Cell, detaliază modul în care cercetătorii au folosit o formă de inteligenţă artificială numită învăţare automată pentru a căuta antibiotice într-un set vast de date care conţine genomurile înregistrate a zeci de mii de bacterii şi alte organisme primitive.
Acest efort fără precedent a produs până acum aproape un milion de potenţiali compuşi antibiotici, zeci dintre aceştia dovedind o activitate promiţătoare în testele iniţiale împotriva bacteriilor care provoacă boli.
„Inteligenţa artificială în descoperirea antibioticelor este acum o realitate şi a accelerat semnificativ capacitatea noastră de a descoperi noi candidate de medicamente. Ceea ce înainte dura ani de zile poate fi realizat acum în câteva ore cu ajutorul computerelor", a declarat autorul principal al studiului, César de la Fuente, profesor asistent specialist în psihiatrie, microbiologie, chimie, inginerie chimică şi biomoleculară şi bioinginerie la Perelman.
Natura a fost întotdeauna un loc bun pentru a căuta noi medicamente, în special antibiotice.
Bacteriile, omniprezente pe planeta noastră, au evoluat numeroase apărări antibacteriene, adesea sub forma unor proteine scurte („peptide”) care pot perturba membranele celulelor bacteriene şi alte structuri critice.
Deşi descoperirea penicilinei şi a altor antibiotice derivate din produse naturale a revoluţionat medicina, ameninţarea tot mai mare a rezistenţei la antibiotice (combaterea RAM) subliniază nevoia urgentă de noi compuşi antimicrobieni.
În ultimii ani, de la Fuente şi colegii săi de la Penn au fost pionieri în căutarea de antimicrobiene cu ajutorul AI. Aceştia au identificat candidaţi preclinici în genomurile oamenilor contemporani, ale oamenilor de Neanderthal şi Denisovan dispăruţi, ale mamutului lânos şi ale altor sute de organisme.
Unul dintre obiectivele principale ale laboratorului este de a extrage informaţiile biologice din lume pentru a găsi molecule utile, inclusiv antibiotice.
Pentru acest nou studiu, echipa de cercetare a folosit o platformă de învăţare automată pentru a trece prin mai multe baze de date publice care conţin date genomice microbiene.
Analiza a acoperit 87.920 de genomuri de microbi specifici, precum şi 63.410 amestecuri de genomuri microbiene - „metagenomuri” - din probe de mediu. Această explorare cuprinzătoare a cuprins diverse habitate din întreaga planetă.
În urma acestei ample explorări au fost identificate 863.498 de peptide antimicrobiene candidate, dintre care peste 90 % nu au mai fost descrise până acum.
Pentru a valida aceste descoperiri, cercetătorii de la Penn au sintetizat 100 dintre aceste peptide şi le-au testat împotriva a 11 tulpini bacteriene cauzatoare de boli, inclusiv tulpini de E. coli şi Staphylococcus aureus (stafilococul auriu) rezistente la antibiotice.
„Screeningul iniţial a arătat că 63 dintre aceşti 100 de candidaţi au eradicat complet creşterea a cel puţin unuia dintre agenţii patogeni testaţi, şi adesea a mai multor tulpini”, a menţionat de la Fuente. În unele cazuri, aceste molecule au fost eficiente împotriva bacteriilor la doze foarte mici, a precizat el.
Rezultate promiţătoare au fost, de asemenea, observate pe modele animale preclinice, unde unii dintre compuşii puternici au reuşit să oprească cu succes infecţiile.
Analizele ulterioare au sugerat că multe dintre aceste molecule candidate distrug bacteriile prin întreruperea membranelor lor protectoare exterioare, pocnindu-le efectiv ca pe nişte baloane.
Compuşii identificaţi provin din microbi care trăiesc într-o mare varietate de habitate, inclusiv saliva umană, intestinele de porc, solul şi plantele, corali şi multe alte organisme terestre şi marine. Acest lucru validează abordarea amplă a cercetătorilor în ceea ce priveşte explorarea datelor biologice din lume.
În general, rezultatele demonstrează puterea AI în descoperirea de noi medicamente, oferind multiple piste noi pentru dezvoltatorii de antibiotice şi semnalând începutul unei noi ere promiţătoare în descoperirea antibioticelor.
Echipa şi-a publicat arhiva de potenţiale secvenţe antimicrobiene, pe care o numesc AMPSphere, care este cu acces liber şi disponibil gratuit.
