Искусственный интеллект обнаружил новые антибиотики в древнейших микробах Земли

Американські учені з Університету Пенсильванії використали штучний інтелект для виявлення раніше невідомих сполук в археях — найдавніших формах життя на Землі, котрі вціліли у киплячій кислоті, глибоководних жерлах і солончаках.

Відкриті сполуки можуть сприяти розробці антибіотиків нового покоління. Про це повідомляє прес-служба вишу.

Шукати нові антибіотики по одній молекулі — це все одно, що шукати голку в копиці сіна, — наголошують учені. — Штучний інтелект прискорює цей процес, визначаючи, де, ймовірно, знаходяться голки.

На відміну від бактерій та еукаріотів (до яких належать рослини, тварини та гриби), археї займають власну гілку на дереві життя.

Попередні спроби знайти нові антибіотики були зосереджені переважно на грибах, бактеріях і тваринах, — зазначають дослідники. — Існує ціла інша сфера життя, яка чекає на дослідження.

Хоча археї під мікроскопом схожі на бактерії, вони принципово відрізняються за своєю генетикою, клітинними мембранами та біохімією.

Ці відмінності дозволяють їм виживати в деяких з найекстремальніших середовищ на Землі, від перегрітих підводних жерл до гарячих джерел, таких як у Йеллоустонському національному парку, — вказано у статті.

Оскільки археї часто процвітають там, де мало які інші організми можуть вижити — витримуючи величезний тиск, токсичні хімічні речовини та екстремальні температури — їхня біологія еволюціонувала незвичайним чином:

Це робить їх перспективним, але здебільшого ще невикористаним джерелом нових молекулярних інструментів, включаючи сполуки, які можуть функціонувати як антибіотики, але діють інакше, ніж ті, що використовуються зараз, — наголошується у статті.

У цьому дослідженні учені використали оновлену версію APEX — інструменту штучного інтелекту, який спочатку був створений для виявлення потенційних антибіотиків у стародавній біології, зокрема в білках вимерлих тварин, таких як шерстистий мамонт.

Ознайомившись з тисячами пептидів — коротких ланцюжків амінокислот — з відомими антимікробними властивостями, APEX може передбачити ймовірність того, що певна послідовність амінокислот матиме подібні ефекти.

Перенавчивши APEX 1.1 на тисячах додаткових пептидів та інформації про бактерії, що викликають захворювання у людей, дослідники підготували інструмент для прогнозування, які пептиди в археях можуть пригнічувати ріст бактерій.

Сканування 233 видів архей дало понад 12 тисяч потенційних антибіотиків. Дослідники назвали ці молекули «археазинами», які, як показав хімічний аналіз, відрізняються від відомих антимікробних пептидів (AMP), зокрема за розподілом електричного заряду, — вказано у статті.

Потім дослідники відібрали 80 археазинів для тестування на реальних бактеріях.

Антибіотики діють різними способами. Деякі пробивають отвори в бактеріальних мембранах, а інші блокують здатність організмів виробляти білки. Дослідники виявили, що, на відміну від більшості відомих AMP, які атакують зовнішні захисні механізми бактерій, археазини, здається, вимикають їх зсередини, порушуючи електричні сигнали, що підтримують життєдіяльність клітини, — вказано у статті.

У тестах проти низки стійких до ліків хвороботворних бактерій 93% з 80 досліджених археазинів продемонстрували антимікробну активність проти принаймні однієї бактерії. Потім дослідники вибрали три археазини для тестування на тваринних моделях:

• через чотири дні після одноразового введення всі археазини зупинили поширення стійкої до ліків бактерії, яка часто набувається в лікарнях;
• одна із трьох сполук продемонструвала активність, порівнянну з поліміксином B — антибіотиком, який зазвичай використовується як остання лінія захисту проти резистентних до ліків інфекцій.

Це дослідження показує, що в археях потенційно є багато антибіотиків, які чекають на своє відкриття, — наголошують учені. — Оскільки все більше бактерій розвивають резистентність до наявних антибіотиків, надзвичайно важливо знайти нові антибіотики в нетрадиційних місцях, щоб замінити їх.

Далі дослідники планують ще більше посилити APEX, щоб він міг прогнозувати кандидати на антибіотики на основі їх структури, потенційно підвищуючи точність інструменту. Дослідники також сподіваються краще зрозуміти довгострокову ефективність і безпеку археазинів, щоб одного дня залучити їх до клінічних випробувань на людях.