Jedne z najstarszych form życia na Ziemi – mikroorganizmy zwane archeonami – mogą kryć w sobie rozwiązanie jednego z największych współczesnych problemów medycyny: narastającej oporności bakterii na antybiotyki. Naukowcy z University of Pennsylvania, wykorzystując sztuczną inteligencję, zidentyfikowali w tych ekstremofilnych organizmach nowe związki, które mogą stać się podstawą antybiotyków nowej generacji.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak sztuczna inteligencja pomogła odkryć potencjalne antybiotyki w mikroorganizmach archeonów.
- Czym są archeazyny i w jaki sposób różnią się od znanych peptydów przeciwdrobnoustrojowych.
- Jakie wyniki przyniosły testy laboratoryjne i badania na modelach zwierzęcych.
- Dlaczego archeazyny mogą odegrać kluczową rolę w walce z bakteriami lekoopornymi.
Archeony – niedocenione źródło nowych leków
Archeony stanowią odrębną gałąź drzewa życia, różniąc się od bakterii i organizmów eukariotycznych zarówno genetyką, jak i biochemią. Potrafią przetrwać w ekstremalnych warunkach, takich jak gorące źródła, głębinowe kominy hydrotermalne czy silnie zasolone jeziora. Ta zdolność adaptacji sugeruje, że rozwinęły unikalne mechanizmy obronne, w tym potencjalne cząsteczki o działaniu przeciwdrobnoustrojowym.
Archeony nas zaintrygowały, ponieważ musiały wykształcić biochemiczne mechanizmy obronne w nietypowych warunkach – mówi Marcelo Torres, adiunkt w laboratorium de la Fuente i współautor badania.
Sztuczna inteligencja w poszukiwaniu archeazyn
Zespół kierowany przez Césara de la Fuente zastosował narzędzie APEX 1.1 – zaktualizowaną wersję algorytmu AI, który wcześniej identyfikował kandydatów na antybiotyki w DNA wymarłych organizmów czy jadzie zwierząt. Tym razem analizie poddano białka pochodzące od 233 gatunków archeonów.
Efekt? Ponad 12 000 potencjalnych peptydów o działaniu przeciwdrobnoustrojowym, nazwanych przez naukowców „archeazynami”. Wyróżniają się one nietypowym rozkładem ładunku elektrycznego i różnią się od znanych już peptydów przeciwdrobnoustrojowych (AMP).
Próba znalezienia nowych antybiotyków, cząsteczka po cząsteczce, przypomina szukanie igły w stogu siana. Sztuczna inteligencja przyspiesza ten proces, identyfikując miejsca, w których igły mogą się znajdować – podkreśla Fangping Wan, współautor publikacji.
Od analizy komputerowej do testów laboratoryjnych
Spośród tysięcy zidentyfikowanych sekwencji naukowcy wybrali 80 archeazyn do testów na szczepach bakterii chorobotwórczych, w tym lekoopornych. Wyniki były imponujące – aż 93% z nich wykazało aktywność przeciwdrobnoustrojową wobec co najmniej jednego patogenu.
Najbardziej obiecujące trzy związki przetestowano następnie na modelach zwierzęcych. Po podaniu pojedynczej dawki jednej z archeazyn, hamowanie rozprzestrzeniania się groźnej bakterii szpitalnej było porównywalne z działaniem polimyksyny B – antybiotyku stosowanego jako terapia ostatniej szansy.
Znaczenie dla walki z opornością na antybiotyki
Archeazyny różnią się mechanizmem działania od wielu znanych antybiotyków – zamiast atakować błony bakteryjne, mogą blokować sygnały elektryczne wewnątrz komórki bakteryjnej, niezbędne do jej przeżycia. Oznacza to potencjalnie mniejsze ryzyko szybkiego rozwoju oporności.
To dopiero początek – zaznacza César de la Fuente. Archeony to jedna z najstarszych form życia i z pewnością mają nam wiele do zaoferowania, jeśli chodzi o to, jak przechytrzyć patogeny, z którymi mamy do czynienia dzisiaj.
Kolejne kroki
Naukowcy planują dalsze udoskonalenie APEX tak, aby algorytm mógł przewidywać potencjalne antybiotyki nie tylko na podstawie sekwencji aminokwasów, ale także ich struktury. W przyszłości archeazyny mogłyby wejść do badań klinicznych, co otworzyłoby drogę do wprowadzenia na rynek zupełnie nowych klas antybiotyków.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Naukowcy z University of Pennsylvania wykorzystali AI (APEX 1.1) do przeskanowania białek 233 gatunków archeonów, identyfikując ponad 12 000 potencjalnych peptydów przeciwdrobnoustrojowych.
- Wybrano 80 archeazyn do testów laboratoryjnych – 93% wykazało aktywność wobec co najmniej jednej bakterii chorobotwórczej.
- Trzy archeazyny sprawdzono na modelach zwierzęcych, a jedna z nich działała porównywalnie z polimyksyną B, antybiotykiem ostatniej szansy.
- Archeazyny działają unikalnym mechanizmem – zakłócają sygnały elektryczne wewnątrz komórki bakteryjnej, co może ograniczać rozwój oporności.
Źródło:
- Nature Microbiology
- University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science
