Учени казват, че възкресяването на изчезнали молекули от неандерталците и вълнестите мамути може да предложи надежда в борбата срещу супермикробите
текст" data-component-name="редакторска бележка" class="editor-note inline-placeholder" data-article-gutter="true"> Регистрирайте се за научния бюлетин на Wonder Theory на CNN. .
Търсенето на нови антибиотици се връща в каменната ера.
Неотложността да се идентифицират възможните кандидати никога не е била по-голяма, тъй като световното население е изправено пред близо 5 милиона смъртни случая всяка година, които са свързани с микробна резистентност, според Световната здравна организация.
Изследователски екип, ръководен от пионера в биоинженерството César de la Fuente, използва базирани на изкуствен интелект изчислителни методи за извличане на генетична информация от изчезнали човешки роднини като неандерталци и отдавна изчезнали създания от ледниковия период като вълнестия мамут и гигантски ленивец.
Учените казват, че някои от тези малки протеинови или пептидни молекули, които са идентифицирали, имат способности за борба с бактериите, които могат да вдъхновят нови лекарства за борба с инфекциите при хората. Иновативната работа също отваря напълно нов начин да се мисли за откриването на лекарства.
„Това ни даде възможност да открием нови последователности, нови типове молекули, които досега не сме откривали в живите организми, разширявайки начина, по който мислим за молекулярното разнообразие“, каза де ла Фуенте, президентски асистент в Университета на Пенсилвания, където той оглавява групата по машинна биология. „Днешните бактерии никога не са се сблъсквали с тези молекули, така че те могат да ни дадат по-добра възможност да се насочим към патогените, които днес са проблематични.“
Може да изглежда, че подходът идва от ляво поле, но експертите казват, че са крайно необходими нови начини за разглеждане на проблема с антимикробната резистентност към съществуващите лекарства, смъртоносен и неотложен проблем за глобалното здравеопазване.
„Светът е изправен пред криза на резистентност към антибиотици. Моето мнение е, че е необходим подход по суша, море и въздух за решаване на проблема – и ако трябва да отидем в миналото, за да предоставим потенциални решения за бъдещето – аз съм изцяло за това“, каза Майкъл Махан, професор в катедрата по молекулярна, клетъчна и биология на развитието в Калифорнийския университет в Санта Барбара. Той не е участвал в изследването.
Антибиотици и откъде могат да дойдат техните алтернативи
Повечето антибиотици идват от бактерии и гъбички и са открити чрез скрининг на микроорганизми, които живеят в почвата. Но през последните десетилетия патогените са станали резистентни към много от тези лекарства поради прекомерна употреба.
Учените, ангажирани в глобалната борба срещу супербактериите, изследват различни потенциални оръжия, включително фаги или вируси, създадени от природата, за да ядат бактерии.
Друг вълнуващ път на изследване включва антимикробни пептиди или AMP, които са молекули, борещи се с инфекциите, произведени от много различни организми - бактерии, гъбички, растения и животни, включително хора. AMP имат широк спектър от антимикробни свойства срещу различни патогени като вируси, бактерии, дрожди и гъбички, каза Махан.
Докато повечето традиционни антибиотици действат, като се фокусират върху една мишена в клетката, антимикробните пептиди се свързват и разрушават бактериалната мембрана на много места, добави той. Това е по-сложен механизъм, който впоследствие може да направи резистентността към лекарства по-малко вероятна, но поради потенциала на молекулите да разрушават клетъчните мембрани, това може да доведе и до повишена токсичност, според Махан.
Има шепа антибиотици на базата на пептиди в клинична употреба, като например колистин, който се произвежда от базиран на бактерии AMP. Използва се като лекарство от последна инстанция за лечение на определени бактериални инфекции, тъй като може да бъде токсично, каза Махан. Един човешки AMP, известен като LL-37, също е показал потенциал.
Други обещаващи AMP са открити на неочаквани места: борови иглички и кръвта на комодския варан.
Момент от „Джурасик парк“.
De la Fuente използва изчислителни методи през последното десетилетие, за да оцени потенциала на широка гама от пептиди като алтернативи на антибиотиците. Идеята да се изследват изчезнали молекули се появи по време на лабораторна мозъчна атака, когато беше споменат блокбастърът „Джурасик парк“.
„Идеята (във филма) беше да се върнат цели организми и очевидно те имаха много проблеми“, каза той. Неговият екип започна да мисли за по-осъществима идея: „Защо да не върнем молекули от миналото?“
Напредъкът във възстановяването на древна ДНК от вкаменелости означава, че подробни библиотеки с генетична информация за изчезнали човешки роднини и отдавна изгубени животни вече са публично достъпни.
За да намери неизвестни преди това пептиди, изследователският екип обучи алгоритъм за изкуствен интелект да разпознава фрагментирани места в човешки протеини, които може да имат антимикробна активност. След това учените го прилагат към публично достъпни протеинови последователности на съвременни хора (Homo sapiens), неандерталци (Homo neanderthalensis) и денисовци, друг архаичен човешки вид, тясно свързан с неандерталците.
След това изследователите използваха свойствата на описаните по-рано антимикробни пептиди, за да предскажат кой от техните новооткрити древни двойници има най-голям потенциал да убива бактериите.
След това изследователите синтезираха и тестваха 69 от най-обещаващите пептиди, за да видят дали могат да убият бактериите в петриеви панички. Екипът избра шестте най-мощни - четири от Homo sapiens, един от Homo neanderthalensis и един от Denisovans - и ги даде на мишки, заразени с бактерията Acinetobacter baumannii, често срещана причина за болнични инфекции при хората.
„Мисля, че един от най-вълнуващите моменти беше, когато възкресявахме молекулите в лабораторията с помощта на химия и след това ги връщахме към живот за първи път. И така, от научна гледна точка беше страхотно да имам този момент“, каза де ла Фуенте за изследването, публикувано през август в научното списание Cell Host & Microbe.
При заразени мишки, които развиват кожен абсцес, пептидите активно убиват бактериите; при тези, които са имали инфекция на бедрото, лечението е било по-малко ефективно, но все пак е спряло растежа на бактериите.
„Най-добрият (пептид) беше това, което наричаме Neanderthalien 1, което идва от неандерталците. И това беше най-ефективното в модела на мишката“, каза де ла Фуенте.
Той предупреди, че нито един от пептидите не е „готов за употреба антибиотик“ и ще изисква много промени. По-важно, казва той, е рамката и инструментите, които екипът му е разработил, за да идентифицира обещаващи антимикробни молекули от миналото.
