ИИ обнаружил новые антибиотики в древних микробах
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology, ученые из Пенсильванского университета применили искусственный интеллект для обнаружения ранее неизвестных соединений в археях, которые могут стать основой для создания антибиотиков нового поколения. Ранее лаборатория де ла Фуэнте использовала модели ИИ для поиска потенциальных антибиотиков в самых разных источниках – от ДНК вымерших организмов до химических веществ, содержащихся в яде животных. Сейчас же исследователи направили эти технологии на изучение белков сотен древних микробов.
В отличие от бактерий и эукариот – к которым относятся растения, животные и грибы – археи представляют отдельную ветвь эволюционного древа жизни. Хотя под микроскопом они похожи на бактерии, археи принципиально отличаются по генетике, структуре клеточных мембран и биохимическим процессам. Эти особенности позволяют им выживать в экстремальных условиях Земли, например, в раскаленных подводных вулканических жерлах или горячих источниках, подобных тем, что находятся в Йеллоустонском национальном парке.
Археи часто обитают в условиях, где выжить могут лишь немногие другие организмы – они выдерживают высокое давление, токсичные химические вещества и экстремальные температуры. В результате их биология развивалась необычным образом, что делает этих микроорганизмов многообещающим, но пока мало изученным источником новых молекулярных инструментов, включая соединения с антибиотическим действием, работающие по принципу, отличному от существующих препаратов.
Анализ 233 видов архей позволил выявить более 12 000 потенциальных антибиотических соединений. Ученые назвали эти молекулы "археазинами", поскольку их химический состав, в частности распределение электрического заряда, отличался от известных антимикробных пептидов (АМП). Далее исследователи выбрали 80 археазинов для тестирования их активности против настоящих бактерий. Антибиотики действуют по-разному: одни разрушают мембраны бактерий, другие мешают им синтезировать белки. Исследователи обнаружили, что археазины, в отличие от большинства известных антимикробных пептидов (АМП), не атакуют внешнюю оболочку бактерий, а воздействуют изнутри, нарушая электрические сигналы, необходимые для жизнедеятельности клетки. В тестах против ряда патогенных бактерий, устойчивых к лекарствам, 93% из 80 исследованных археазинов проявили антимикробную активность хотя бы против одного вида бактерий. Затем три археазина были выбраны для испытаний на животных моделях.
Через четыре дня после однократного введения все три соединения полностью остановили рост лекарственно-устойчивой бактерии, часто встречающейся в больницах. Один из археазинов показал эффективность, сопоставимую с полимиксином B – антибиотиком, применяемым как средство последней линии при устойчивых инфекциях.
