Peste un milion de oameni mor în fiecare an din cauza infecţiilor rezistente la medicamente, iar acest număr se preconizează că va ajunge la 10 milioane până în 2050. Pentru o nouă generaţie de antibiotice, oamenii de ştiinţă şi-au propus să readucă la viaţă molecule dispărute, descoperind, pe parcurs, genetica ascunsă a imunităţii.
„Trebuie să gândim la scară largă în cercetarea în domeniul antibioticelor", spune Cesar de la Fuente.
„Peste un milion de oameni mor în fiecare an din cauza infecţiilor rezistente la medicamente, iar acest număr se preconizează că va ajunge la 10 milioane până în 2050. Nu a existat o clasă cu adevărat nouă de antibiotice de zeci de ani şi suntem atât de puţini cei care abordăm această problemă încât trebuie să ne gândim la mai mult decât la medicamente noi. Avem nevoie de noi abordări", explică el.
De la Fuente este profesor asistent în cadrul departamentului de bioinginerie, inginerie chimică şi biomoleculară din cadrul facultăţii de inginerie şi ştiinţe aplicate a Universităţii Pennsylvania, şi deţine catedra de psihiatrie şi microbiologie în cadrul facultăţii de medicină Perelman.
Laboratorul său, Machine Biology Group, este specializat în crearea de noi abordări folosind expertiza colaboratorilor în domeniul ingineriei şi al ştiinţelor medicale, şi bazându-se pe „puterea maşinilor pentru a accelera descoperirile în biologie şi medicină".
Îmbinând inteligenţa artificială (AI) cu metode experimentale avansate, grupul exploatează trecutul străvechi, pentru ceea ce vor deveni viitoarele descoperiri medicale.
Într-un studiu recent publicat în luna august, în Cell Host and Microbe, echipa a lansat domeniul „de-extincţiei moleculare". De-extincţia se referă la orice proces prin care un organism dispărut este reînviat sau readus la viaţă, sau o specie care seamănă foarte mult cu o specie dispărută este recreată.
În această cercetare, echipa a explorat expresiile proteomice a două specii umane dispărute - Neanderthalienii şi Denisovanii - şi a găsit zeci de secvenţe de proteine mici cu calităţi antibiotice.
imagine: Îmbinând inteligenţa artificială (AI) cu metode experimentale avansate, Grupul a exploatat trecutul antic pentru viitoarele descoperiri medicale, readucând la viaţă molecule dispărute. Credit: Imagine: Ella Marushchenko
Laboratorul a lucrat apoi la sintetizarea unor astfel de molecule, readucând la viaţă aceste chimicale dispărute de mult timp.
„Calculatorul ne oferă o secvenţă de aminoacizi", spune de la Fuente. „Aceştia sunt elementele constitutive ale unei peptide, o proteină mică. Apoi putem produce aceste molecule folosind o metodă numită 'sinteză chimică în fază solidă'. Traducem reţeta de aminoacizi într-o moleculă reală şi apoi o construim", a explicat cercetătorul.
În continuare, echipa a aplicat aceste molecule agenţilor patogeni, în linii celulare şi la şoareci, pentru a testa veridicitatea şi eficacitatea predicţiilor lor computaţionale.
„Cele care au funcţionat, au funcţionat destul de bine", continuă de la Fuente.
„În două cazuri, peptidele au fost comparabile - dacă nu chiar mai bune - decât standardul de îngrijire. Cele care nu au funcţionat ne-au ajutat să învăţăm ce trebuie îmbunătăţit în instrumentele noastre de AI", explică cercetătorul.
„Credem că această cercetare deschide noi orizonturi de gândire cu privire la antibiotice şi la descoperirea de medicamente, iar acest prim pas le va permite oamenilor de ştiinţă să exploreze acest domeniu cu tot mai multă creativitate şi precizie", a precizat el.
Acest nou univers de cercetare este deosebit de bogat.
Pe lângă faptul că oferă un cadru cu totul nou pentru descoperirea de medicamente, munca lor a dat naştere unor informaţii neaşteptate despre sistemul nostru imunitar. În mod remarcabil, unele dintre secvenţele peptidice în cauză nu aveau niciun rol cunoscut anterior în imunitate.
De fapt, cercetările anterioare ale grupului arătaseră deja că unele dintre moleculele antimicrobiene pe care le-au găsit erau ascunse, criptate în proteine asociate cu sisteme şi funcţii complet diferite în organism.
„Un lucru care m-a surprins", spune de la Fuente, „este că laboratorul nostru a găsit secvenţe în fiecare sistem al corpului - cardiovascular, nervos, digestiv etc. Ceea ce nu am ştiut înainte este că proteinele sau peptidele care joacă roluri într-un sistem ar putea contribui, de asemenea, la imunitate în general".
Punctul de vedere tradiţional în biologie este că o genă codifică pentru o singură proteină, iar fiecare proteină are o singură funcţie.
Dar ceea ce au descoperit echipa şi colaboratorii lor este că o singură proteină poate avea mai multe funcţii.
„Deschidem o cale cu totul nouă pentru a învăţa despre modul în care organismul nostru previne şi combate bolile", spune de la Fuente.
Cu de-extincţia stabilită pentru aceste molecule, echipa de cercetare de la Penn Engineering explorează acum cu atenţie consecinţele readucerii la viaţă a trecutului.
„Suntem în discuţie cu bioeticieni despre ce înseamnă să readuci la viaţă materialul genetic", spune de la Fuente.
„Noi o facem pentru medicină, dar ce se întâmplă dacă altcineva învie ceva toxic sau dăunător? De asemenea, colaborăm cu avocaţii specializaţi în brevete. Secvenţele peptidice actuale nu sunt brevetabile prin lege. Dar ce se întâmplă cu cele pe care le recreăm din organisme dispărute?".
O moleculă simplă, veche de mii de ani, trăieşte, şi ne ajută să ne punem întrebări pe care nu ni le-am mai pus până acum, a concluzionat cercetătorul.
