AI, yeni nesil antibiyotiklerin anahtarını tutabilecek antik mikroplarda büyük bir keşif sunuyor

Bilim adamları kullanıyor yapay zeka Archaea'da yeni antibiyotik aramak için, bir grup eski, tek hücreli mikroplar Aşırı ortamlarda hayatta kalma yetenekleri ile bilinir.

Antibiyotik direnci enfeksiyonları tedavi etmeye devam ettikçe, araştırmacılar bu esnek mikropların bu zorluğun ele alınmasına yardımcı olmak için yeni bileşikler sunup sunamayacağını araştırıyorlar.

Bir takım Pennsylvania Üniversitesi Son zamanlarda bildirildi Doğa Mikrobiyolojisi Archaea proteinleri içindeki antibiyotik bileşiklerini tanımlamak için yapay zeka kullandılar. Bu çalışmadan önce, bu mikroplar yeni tıbbi tedavilere katkıda bulunma potansiyelleri nedeniyle araştırılmamıştır.

Benzersiz nitelikler

Arkea ve bakteriler bazı temel özellikleri paylaşsa da, genetik yapıları, hücresel yapıları ve kimyalarında farklılık gösterirler. Bu farklılıklar, Arkea'nın hidrotermal delikler, asidik kaplıcalar ve diğer organizmaların hayatta kalamadığı tuz daireleri gibi ortamlarda devam etmesini sağlar.

Archaea'nın evrimi, aşırı habitatlarda gelişme yetenekleri nedeniyle alışılmadık derecede çeşitlidir. Araştırmanın ilk yazarı Marcelo Torres, “Arkea'ya çekildik çünkü olağandışı ortamlarda biyokimyasal savunmaları geliştirmek zorunda kaldılar” dedi. “Bu koşullar altında milyarlarca yıldır hayatta kalırlarsa, belki de mikrobiyal rakiplerle savaşmak için benzersiz yollar geliştirdiler.”

Benzersiz uyarlamalarına rağmen, Archaea geleneksel olarak mantar, bakteri ve hayvanlara odaklanan antibiyotik keşif çabalarına çok az ilgi duymuştur.

Bir keşif motoru olarak AI

Arkea'nın potansiyelini değerlendirmek için, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki César de la Fuente'nin laboratuvarındaki araştırmacılar, güncellenmiş bir versiyonu kullandılar. Tepebaşlangıçta antimikrobiyal peptitleri tanımlamak için geliştirilmiş bir yapay zeka platformu eski DNA ve hayvan zehirleri.

Güncellenmiş AI sistemi, Apex 1.1binlerce kullanılarak eğitildi peptitler Bilinen antibakteriyel aktivite ile farklı patojenlerin bu amino asit moleküllerine nasıl tepki verdiği hakkında veriler. AI daha sonra potansiyel antibiyotik özelliklerine sahip peptit moleküllerini tanımlamak için 233 Archaea türünden protein dizilerini analiz etti.

Bu analiz, arkeasinler olarak adlandırılan 12.000'den fazla potansiyel antibiyotik adayı tanımladı. Bu peptitler, bilinen birçok antimikrobiyal peptitten elektrik yükünde farklılık gösterir, bu da potansiyel olarak farklı bir biyolojik mekanizmayı gösterir.

"Bir seferde bir molekül yeni antibiyotikler bulmaya çalışmak, bir samanlıkta iğneler aramak gibidir," dedi ortak yazar Fangping Wan. “AI, iğnelerin nerede olacağını bize göstererek süreci hızlandırıyor.”

Alışılmadık yöntemler

Tahmini adayların havuzundan ekip, ilaca dirençli bakterilere karşı 80 arkeasin sentezledi ve test etti. Laboratuvar sonuçları, bu peptitlerin yüzde 93'ünün en az bir bakteriyel suşa karşı aktif olduğunu gösterdi.

Bu arkeazlar bakterileri alışılmadık bir şekilde devre dışı bırakmış gibi görünüyordu. Membranları delmek, protein üretimini bloke etmek veya birçok mevcut antibiyotikte kullanılan geleneksel yöntemlere dayanmak yerine, peptitler bakterilerin hayatta kalması gereken elektrik sinyallerini bozdu.

Araştırmacılar, hayvan modellerinde testler için en umut verici arkeazlardan üçünü seçtiler. Tehlikeli bir hastane tarafından elde edilen bakteriye sahip enfeksiyonlarda, tek bir doz dört gün içinde bakteriyel yayılmayı durdurdu. Bir arkeasinin performansı, genellikle dirençli enfeksiyonlara karşı kullanılan son resort antibiyotik olan polimiksin B ile eşleşti.

De La Fuente, “Bu araştırma, Archaea'da keşfedilmeyi bekleyen potansiyel olarak birçok antibiyotik olduğunu gösteriyor” dedi. “Bakteriler, antibiyotiklerin yerini alabileceğimizden daha hızlı direnç geliştirerek, alışılmadık yerlere bakmak çok önemlidir.”

Yaklaşımı geliştirmek

Bu arkeasinlerin keşfi, AI'nın bilgisayar analizini antik mikropların benzersiz biyolojisi ile birleştirerek yeni antibiyotik arayışını nasıl hızlandırabileceğinin iyi bir örneğidir.

De la Fuente, “Bu sadece başlangıç” dedi. “Archaea, yaşamın en eski biçimlerinden biridir ve bize bugün karşılaştığımız patojenleri nasıl geride bırakacağımızı öğretecek çok şey var.”

Ekip şimdi sadece amino asit sekanslarına değil, aynı zamanda üç boyutlu yapılara dayanarak antibiyotik aktivitesini tahmin etmek için apeksi rafine etmeyi planlıyor ve potansiyel olarak doğruluğu geliştiriyor. İnsan klinik çalışmalarına başlamadan önce arkeazların güvenliğini ve etkinliğini değerlendirmek için uzun vadeli çalışmalar gerekli olacaktır.

Bir antibiyotik silah yarışı mı?

İlaca dirençli bakteriler benzeri görülmemiş bir oranda geliştiği için yeni antibiyotiklere duyulan ihtiyaç yoğunlaşıyor. . Dünya Sağlık Örgütü Yakında daha iyi tedaviler bulamazsak, basit enfeksiyonlar ve günlük ameliyatların tehlikeli hale gelebileceği konusunda uyardı.

Archaea'yı keşfetmek için AI'nın gücünü kullanarak, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki araştırmacılar bir Yenilikçi yaklaşım antibiyotik direnci ile mücadele. Arkeazlar güvenli ve etkili antibiyotikler olduğunu kanıtlarsa, gelişen bakterilere karşı mücadelede bir atılım gösterebilirler.

Austin Burgess, satış, pazarlama ve veri analitiğinde geçmişe sahip bir yazar ve araştırmacıdır. Veri analitiğinde bir sertifika ile birlikte İşletme Yüksek Lisansı ve İşletme Lisans Yüksek Lisans derecesine sahiptir. Çalışmaları analitik eğitimi gelişmekte olan bilim, havacılık ve astronomik araştırmalara odaklanmaktadır.