Mai mult de un milion de oameni mor în fiecare an din cauza infecţiilor provocate de agenţi patogeni rezistenţi la antimicrobiene, iar problema este în creştere. Între timp, descoperirea de noi antimicrobiene care pot ajuta la stoparea valului nu reuşeşte să ţină pasul.
Cercetătorii de la Universitatea Texas (UT) au constatat că o clasă de antimicrobiene naturale numite microcine, produse de bacteriile din intestin, sunt promiţătoare şi le ajută să concureze cu bacteriile rivale.
În două lucrări recente, cercetătorii au identificat prima microcină cunoscută care vizează tulpinile de bacterii care provoacă holera şi descriu o metodă de identificare a microcinelor în genomurile bacteriene cu ajutorul inteligenţei artificiale (AI).
„Imaginaţi-vă că într-o zi aţi putea mânca iaurt care conţine tulpini probiotice de bacterii care produc microcine pentru a preveni sau trata holera, E. coli patogene, boala inflamatorie intestinală sau cancerul de colon”, a declarat miercuri, într-un comunicat, Bryan Davies, profesor de bioştiinţe moleculare şi autor principal al ambelor lucrări.
Ideea cercetătorilor este de a introduce bacterii sănătoase care ar fi capabile să producă în mod continuu microcine în intestin pentru a lupta împotriva agentului patogen de interes.
Cercetarea privind holera a fost publicată marţi, în revista Cell Host & Microbe.
Holera, o boală diareică mortală cauzată de bacteria Vibrio cholerae, provoacă deshidratare severă şi poate ucide în doar câteva ore. Potrivit Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii (OMS), în fiecare an, holera este responsabilă pentru 21.000 - 143.000 de decese la nivel mondial.
Se crede că un alt tip de bacterii intestinale declanşează crize de boli inflamatorii intestinale. Iar un alt tip de bacterii intestinale este asociat cu evoluţia cancerului de colon. Fiecare este o ţintă potenţială pentru microcine, spun cercetătorii.
Microcinele sunt extrem de selective, ceea ce înseamnă că, de obicei, vizează bacterii specifice, spre deosebire de antibioticele tradiţionale care ucid bacteriile dorite şi nedorite deopotrivă.
Asta înseamnă că ar putea elimina bacteriile nedorite fără a perturba echilibrul delicat al microbiomului intestinal uman, crucial pentru sănătatea generală. Şi, întrucât mecanismul lor de acţiune este diferit de cel al antibioticelor tradiţionale, acestea pot fi în continuare eficiente împotriva agenţilor patogeni care au dezvoltat rezistenţă la antibiotice.
Însă localizarea microcinelor în genomul unei bacterii este dificilă, deoarece secvenţele lor genetice sunt foarte scurte şi diverse.
În schimb, echipa a început să caute în genomurile de V. cholerae o proteină mai mare numită PCAT, care este asociată cu microcinele şi ajută la exportul acestora din bacteria care le produce, astfel încât să ajungă la alte bacterii.
Cercetătorii au găsit aproximativ două duzini de microcine candidate, toate provenind de la tulpini nepatogene de V. cholerae. Ei au arătat că una dintre aceste microcine, denumită MvcC, ucide tulpinile patogene de V. cholerae. Cu alte cuvinte, este o armă naturală pe care o tulpină bacteriană o foloseşte pentru a concura cu rudele sale apropiate.
„Avem bacterii în intestin chiar acum care produc microcine”, a explicat Davies. „Acestea sunt o parte naturală a modului în care comunităţile bacteriene se organizează şi concurează”.
Aşadar, cum reuşesc tulpinile de V. cholerae care produc microcine să nu se otrăvească singure?
Cercetătorii au descoperit că tulpinile de V. cholerae care produc microcine produc şi un fel de antidot, numit protează de imunitate. Aceştia au demonstrat că - la şoarecii ale căror intestine au fost infectate cu tulpini patogene şi nepatogene de V. cholerae - bacteriile care exprimau microcine au surclasat tulpinile care nu le exprimau.
Cercetătorii intenţionează să continue lucrările privind holera prin:
- Modificarea prin mutaţii a microcinei anti-Vibrio MvcC pentru a fi mai letală pentru V. cholerae şi mai capabilă să reziste degradării în corpul uman.
- Elaborarea unor combinaţii de microcine anti-Vibrio diferite pentru a preveni dezvoltarea rezistenţei antimicrobiene.
- Descoperirea tulpinilor bacteriene producătoare de microcine care sunt cele mai bune în producerea şi transmiterea microcinelor către agenţii patogeni din intestin.
Într-o lucrare conexă, care va fi publicată în curând într-o revistă ştiinţifiică, şi este disponibilă ca preprint, cercetătorii descriu o nouă abordare bazată pe AI pentru a găsi mai multe microcine candidate.
Abordarea utilizează LLM de proteine - analogii biologice ale modelelor generative de modele AI mari de limbaj, folosite şi de chatbot-uri, cum este, de exemplu, ChatGPT - pentru a identifica secvenţe care sunt similare cu microcinele cunoscute.
Aceasta este una dintre mai multe abordări bazate pe AI cu care echipa experimentează şi care speră să conducă la mai multe descoperiri de microcine.
„Biologia microcinelor este foarte unică şi extrem de puţin studiată”, a declarat Claus Wilke, profesor de biologie integrativă, statistică şi ştiinţe ale datelor la UT.
Potrivit cercetătorilor acesta este un domeniu nou, „în care mai sunt încă multe de făcut şi de descoperit”.
