ИИ нашел неандертальский белок, который может стать источником новых антибиотиков
Биоинженеры использовали искусственный интеллект, чтобы вернуть из небытия полезные молекулы вымерших неандертальцев и денисовцев. И кажется, эти молекулы еще послужат живым.
Исследователи из Университета Пенсильвании применили методы искусственного интеллекта к данным о белках как современных людей (Homo sapiens), так и наших вымерших родственников — неандертальцев (Homo neanderthalensis) и денисовцев. Это позволило ученым выявить молекулы, способные нейтрализовать современные болезнетворные бактерии.
«Нас мотивирует идея возвращения молекул из прошлого для решения современных проблем», — говорит Сезар де ла Фуэнте, соавтор исследования и биоинженер из Пенсильванского университета.
Взгляд в прошлое
За последние несколько десятилетий темпы развития антибиотиков замедлились, и большинство антибиотиков, которые назначаются сегодня, существуют на рынке уже более 30 лет. В то же время растет число супербактерий, на которые антибиотики не действуют. Требуется новая волна лекарств.
Многие организмы вырабатывают короткие белковые субъединицы, так называемые пептиды, которые обладают антимикробными свойствами. Несколько антимикробных пептидов, большинство из которых были выделены из бактерий, уже используются в клинической практике.
Белки вымерших видов могут оказаться неиспользованным ресурсом для разработки антибиотиков. К таким белкам у современных бактерий, скорее всего, не будет резистентности. К такому выводу пришли чему де ла Фуэнте и его коллеги, в частности, благодаря классическому блокбастеру. «Мы начали думать о "Парке Юрского периода"", — говорит ученый. Но вместо того, чтобы воскрешать динозавров, у команды возникла более реальная идея: "Почему бы не оживить молекулы?".
Исследователи обучили алгоритм искусственного интеллекта распознавать места на человеческих белках, где они разрезаются на пептиды. Чтобы найти новые пептиды, команда применила свой алгоритм к общедоступным белковым последовательностям — картам аминокислот в белке — H. sapiens, H. neanderthalensis и Denisovans. Затем исследователи использовали свойства ранее описанных антимикробных пептидов, чтобы предсказать, какие из этих новых пептидов могут убивать бактерии.
Поиск и тестирование кандидатов в лекарственные препараты с помощью искусственного интеллекта занимает считанные недели. По словам де ла Фуэнте, при использовании старых методов на открытие одного нового антибиотика уходит от трех до шести лет.
Древние антибиотики
Исследователи протестировали десятки пептидов на предмет их способности убивать бактерии в лабораторной посуде. Затем они отобрали шесть мощных пептидов — четыре от H. sapiens, один от H. neanderthalensis и один от Denisovans — и дали их мышам, зараженным бактерией Acinetobacter baumannii, которая является распространенной причиной внутрибольничных инфекций у людей.
Все шесть пептидов остановили рост A. baumannii в мышцах бедра, но ни один из них не убил бактерию. Пять молекул убили бактерии, растущие в абсцессах кожи, но для этого потребовались большие дозы. По словам Натанаэля Грея, биохимика из Стэнфордского университета (Калифорния), использованные дозы были «чрезвычайно высокими».
По словам де ла Фуэнте, изменение наиболее удачных молекул может привести к созданию более эффективных версий. Аналогичным образом, изменение алгоритма может улучшить идентификацию антимикробных пептидов, уменьшив количество ложных срабатываний. «Даже если алгоритм, который мы использовали, не дал удивительных молекул, я думаю, что концепция и схема представляют собой совершенно новый подход к открытию лекарств», — говорит де ла Фуэнте.
«Идея интересна», — говорит Грей. Но пока алгоритм не может предсказывать клинически значимые пептиды.
Юэн Эшли (Euan Ashley), специалист по геномике и точной медицине из Стэнфордского университета говорит, что коллеги «убедили меня в том, что погружение в архаичный геном человека — это интересный и потенциально полезный подход».