Cercetătorii de la Școala Medicală Perelman a Universității Pennsylvania, cu ajutorul AI, au descoperit o sursă neașteptată de antibiotice împotriva bacteriilor rezistente la medicamente. Prionii și proteinele asemănătoare prionilor sunt cunoscuți în principal ca participanți la boli neurodegenerative rare și mortale, însă un nou studiu a arătat că în interiorul lor pot fi ascunse peptide antibacteriene scurte, scrie Phys.org. Cercetătorii au denumit aceste fragmente ascunse „prionine”. Potrivit acestora, ele sunt capabile să distrugă bacteriile, ceea ce înseamnă că proteinele, de obicei asociate cu neurodegenerarea, pot conține elemente moleculare legate de imunitatea înnăscută. În contextul creșterii rezistenței la antibiotice, aceasta deschide o direcție complet nouă în căutarea compușilor medicinali.
Anterior, cercetătorii au observat indicii separate despre o astfel de legătură. În lucrările anterioare s-a raportat că fragmentele unor proteine, inclusiv amiloid-beta, asociat cu boala Alzheimer, precum și proteina prionică celulară, pot manifesta proprietăți antimicrobiene. Totuși, nu a fost realizată o căutare sistematică la scară largă a peptidele antibacteriene ascunse în prioni și proteine asemănătoare prionilor. Pentru aceasta, echipa Universității Pennsylvania a folosit inteligența artificială.
Cercetătorii au aplicat platforma de învățare profundă APEX 1.1 pentru a analiza 19,3 milioane de fragmente peptide scurte, obținute din 2897 de prioni și proteine asemănătoare prionilor. Sistemul prezice activitatea antibiotică a secvențelor de aminoacizi. Ca rezultat, acesta a identificat 1179 de candidați pentru rolul de peptide antimicrobiene. Profesorul Cesar de la Fuente a subliniat că acest studiu schimbă însăși percepția despre locul în care pot fi ascunse antibioticele viitoare. Potrivit acestuia, prionii au fost considerați mult timp aproape exclusiv prin prisma bolii, dar AI a permis formularea unei alte întrebări: conțin aceste proteine fragmente moleculare utile? Rezultatele obținute arată că da.
Pentru verificarea experimentală, echipa a selectat 75 de peptide cele mai promițătoare. Selecția s-a bazat pe modul în care platforma a evaluat eficiența lor potențială împotriva a 11 patogeni bacterieni, inclusiv tulpini rezistente la medicamente. Dintre aceste 75 de molecule, 59 au suprimat cel puțin un patogen bacterian, iar 42 au arătat o activitate semnificativă deja la concentrații scăzute — un semn deosebit de important pentru antibioticele potențiale. Experimente suplimentare au arătat că multe dintre prioninele active acționează probabil prin distrugerea membranelor bacteriene. Acesta este unul dintre mecanismele tipice de acțiune ale peptidele antimicrobiene. Semnele de toxicitate au fost limitate: 16 peptide active nu au cauzat daune semnificative nici globulelor roșii, nici celulelor umane, chiar și la cele mai mari concentrații testate.
Pentru a verifica rezultatele în organismul viu, cercetătorii au testat cele două peptide cele mai promițătoare — una obținută dintr-un ciupercă și cealaltă dintr-un vierme rotund — pe șoareci. Într-un model standard de infecție cutanată, cauzată de bacteria Acinetobacter baumannii, care este greu de tratat, ambele compuși au redus nivelul bacteriilor. Efectul lor s-a dovedit a fi comparabil cu acțiunea polimixin B, iar cercetătorii nu au observat pierderi de greutate asociate cu tratamentul la animale.
Așa cum a subliniat coautorul studiului, Marcelo D. T. Torres, în acest stadiu, povestea depășește previziunile computerizate. Potrivit acestuia, AI a ajutat la realizarea unei liste scurte de candidați, dar este esențial că mulți dintre ei au funcționat în laborator, iar două au arătat eficacitate în modelul de infecție animală. Acest lucru face ca abordarea să fie o platformă pentru descoperiri reale, nu doar un instrument de predicție.
Lucrarea continuă o direcție mai largă de cercetare a laboratorului de la Fuente, dedicată așa-numitelor „peptide criptate” — secvențe scurte ascunse în interiorul proteinelor mari, care, după extragere, pot îndeplini funcții biologice autonome. Anterior, grupul a căutat astfel de molecule în proteinele umane, organisme dispărute, arhee, microbiomuri și veninuri. Acum, această abordare a fost extinsă la una dintre cele mai neașteptate clase de proteine din biologie.
Autorii subliniază că studiul nu dovedește că prionii sunt eliberați în mod natural în timpul infecției sau că prionii și proteinele asemănătoare prionilor funcționează în mod obișnuit ca antibiotice în organism. De asemenea, nu schimbă concepțiile existente despre rolul dăunător al prionilor pliați greșit în bolile neurodegenerative. Cu toate acestea, rezultatele arată că aceste proteine pot fi o sursă bogată și anterior aproape neexplorată de candidați pentru antibiotice. În plus, lucrarea deschide un nou domeniu de întrebări despre posibila legătură între agregarea proteinelor și protecția gazdelor împotriva infecțiilor.
Potrivit lui de la Fuente, dezvoltarea medicamentelor a fost mult timp limitată nu doar de ceea ce cercetătorii pot verifica, ci și de locul în care decid să caute. Inteligența artificială schimbă această situație: ea permite explorarea nivelurilor ascunse ale biologiei și formularea întrebării dacă moleculele cunoscute dintr-o poveste — în acest caz, dintr-o boală — pot purta simultan și o altă poveste, legată de potențialul terapeutic.
