Αντιβιοτικά από αράχνες και φίδια: H τεχνητή νοημοσύνη ανοίγει νέους δρόμους

Τα δηλητηριώδη ζώα, παρότι θανατηφόρα, κρύβουν σωτήρια όπλα για την καταπολέμηση του φαινομένου της μικροβιακής αντοχής. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια χρησιμοποίησαν τεχνητή νοημοσύνη για να αναλύσουν εκατομμύρια μόρια από φίδια, σκορπιούς, αράχνες και άλλα δηλητηριώδη είδη, με στόχο την ανακάλυψη νέων αντιβιοτικών ουσιών. Το αποτέλεσμα ήταν η ταυτοποίηση εκατοντάδων υποψηφίων μορίων που δείχνουν ικανότητα να αντιμετωπίσουν επικίνδυνα, ανθεκτικά στα φάρμακα βακτήρια.

Το πρόβλημα είναι ότι η υπερβολική χρήση των αντιβιοτικών δίνει στα βακτήρια τις συνθήκες να εξελιχθούν και να γίνουν ανθεκτικά. Ετσι απλές λοιμώξεις μετατρέπονται σε δυνητικά θανατηφόρες, ειδικά σε νοσοκομεία. Η διεθνής επιστημονική κοινότητα αναζητά εναλλακτικούς δρόμους, καθώς η ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών έχει σχεδόν παγώσει τις τελευταίες δεκαετίες.

Η τεχνητή νοημοσύνη ξεχωρίζει τα πιο υποσχόμενα μόρια

Όπως διαβάζουμε στο ZME Science, σε αυτό το πλαίσιο, δημιουργήθηκε το APEX, ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να «διαβάζει» πρωτεϊνικές αλληλουχίες (συνδυασμούς των 20 αμινοξέων στη σειρά) και να προβλέπει ποιες από αυτές έχουν αντιμικροβιακή δράση. Οι επιστήμονες τροφοδότησαν το μοντέλο με δεδομένα από περίπου 16.000 πρωτεΐνες δηλητηρίου και παρήγαγαν 40 εκατομμύρια πιθανές  αλληλουχίες. Μέσα σε λίγες ώρες, ο αλγόριθμος κατάφερε να ξεχωρίσει 386 μόρια με ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Από αυτά, οι ερευνητές συνθέσανε χημικά τα 58 πιο υποσχόμενα και τα δοκίμασαν σε 11 διαφορετικά παθογόνα. Εντυπωσιακά, τα 53 εμφάνισαν ισχυρή αντιβακτηριακή δράση.

Δηλητήριο και φάρμακα

Η έρευνα, που δημοσιεύεται στο Nature Communications δεν σταμάτησε εκεί. Για να εξεταστεί αν οι ουσίες αυτές μπορούν να λειτουργήσουν και σε πραγματικές συνθήκες, τρία από τα πεπτίδια δοκιμάστηκαν σε πειράματα με ποντίκια που είχαν μολυνθεί με ανθεκτικό βακτήριο. Μέσα σε δύο ημέρες, οι πληθυσμοί των βακτηρίων μειώθηκαν δραστικά. Ένα από τα μόρια, προερχόμενο από το δηλητήριο μιας  αράχνης, πέτυχε σχεδόν ολοκληρωτική εξόντωση των μικροβίων, χωρίς να προκαλέσει παρενέργειες στα ζώα. Τα ευρήματα αυτά αφήνουν ανοικτό το ενδεχόμενο για μια νέα γενιά φαρμάκων που θα μπορούσαν να αποτελέσουν ισχυρό σύμμαχο στη μάχη κατά των «υπερβακτηρίων».

Η ιδέα να αξιοποιηθεί το δηλητήριο δεν είναι καινούργια. Στο παρελθόν, ουσίες από φίδια και θαλάσσια σαλιγκάρια έχουν ήδη δώσει σημαντικά φάρμακα, όπως το captopril για την υπέρταση ή το ziconotide για την ανακούφιση του χρόνιου πόνου αντίστοιχα. Ωστόσο, η χρήση τους ως αντιβιοτικών ανοίγει έναν εντελώς νέο δρόμο, με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης που επιταχύνει τη διαδικασία επιλογής και ανάπτυξης.

Από το εργαστήριο στον άνθρωπο

Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, οι επιστήμονες παραμένουν προσεκτικοί. Τα περισσότερα υποψήφια φάρμακα αποτυγχάνουν στη φάση των κλινικών δοκιμών λόγω τοξικότητας ή έλλειψης σταθερότητας. Η ερευνητική ομάδα ήδη εργάζεται ώστε να βελτιώσει τη δομή των πεπτιδίων, να τα κάνει πιο ανθεκτικά και ασφαλή για χρήση στον άνθρωπο. Η τεχνολογία προσφέρει δυνατότητες που μέχρι πρόσφατα φάνταζαν αδιανόητες, όμως η πορεία από το εργαστήριο στο φαρμακείο είναι μακρά και γεμάτη εμπόδια.