U borbi protiv bakterijskih infekcija, naučnici su pronašli neočekivanog saveznika: davno izumrle neandertalce. Naučnici sa Univerziteta u Pennsylvaniji istraživali su genetički kod naših drevnih rođaka, otkrivši potencijalni farmaceutski zlatni rudnik — novu vrstu antibiotika “zapisanu” u genetičkom kodu neandertalaca. Jedan od najvećih problema današnjice jeste pojava rezistencije bakterija na postojeće antibiotike. Prema sistemskoj analizi objavljenoj 2022., samo u 2019. procjenjuje se da se 1,3 miliona smrtnih slučajeva može izravno pripisati antimikrobnoj rezistenciji. Neandertalski geni su možda jedan od načina da se ublaži ovaj problem.
Ima li nade da ipak izađemo kao pobjednici
“Suočavamo se s tihom pandemijom u kojoj sve više i više bakterija postaje otporno na dostupne antibiotike“, kaže César de la Fuente, profesor bioinženjeringa sa Univerziteta Pennsylvania. Međutim, izrada nove vrste antibiotika nije lak poduhvat i naučnici trebaju plan puta, biološki temelj na kojem će graditi.
Kao postdoktorand na MIT-u, de la Fuente je imao ideju: Šta ako bi mašinsko učenje moglo naučiti računar kako inovirati na molekularnom nivou? On i njegov tim učinili su upravo to – izgradili su algoritam mašinskog učenja dizajniran za pretraživanje ljudskog genoma u potrazi za potencijalno korisnim proteinima. Algoritam je pretraživao ljudske proteine u potrazi za peptidima koji se koriste u imunološkom odgovoru tijela. Ideja je da bi bilo koji peptid koji se koristi za borbu protiv infekcija u tijelu mogao biti vrijedan temelj za stvaranje novih antibiotika.
Uspjeli su identificirati oko 2500 peptida za koje se smatra da imaju potencijalno korisna antiinfektivna svojstva. Nakon ovog uspjeha nametnulo se pitanje koliko korisnih peptida se krije u drugim, čovjeku blisko srodnim, vrstama? Tako se javila ideja da bi svoj “lov” na nove potencijalno antibiotske molekule, mogli preusmjeriti na stvarno najbliže srodnike današnjeg čovjeka, a to su neandertalci i denisovci. Naučnici su razvili model mašinskog učenja koji je mogao analizirati proteomske (proteom – zajednički naziv za sve proteine koje proizvodi organizam) i genomske podatke neandertalaca i denisovaca. Model pronalazi sekvence iz genoma izumrlih podvrsta ljudi i predviđa koji bi bili dobri kandidati za antibiotike.
Nakon što je identificirao potencijalno korisne proteine, tim je izgradio neandertalske peptide od nule koristeći proces koji se naziva hemijska sinteza čvrste faze. Proces povezuje pojedinačne aminokiseline u lanac dok se ne konstruira peptid.
Pronašli su nekoliko peptida koji su učinkovito ubijali bakterije u petrijevim zdjelicama i testirali ih na životinjskim modelima.
“U jednom od mišjih modela, koji je bio model infekcije kože, jedan od neandertalskih peptida uspio je smanjiti infekciju na razine usporedive sa standardnim antibiotikom koji se zove Polimiksin B“, kaže de la Fuente. Nazvali su ga “neandertalin-1“.
Šta možemo očekivati
Nemojte očekivati da će se neandertalin-1 uskoro pojaviti u ordinaciji vašeg ljekara, ali istraživači se nadaju da je to samo prvi na dugom popisu oživljenih peptida koji bi mogli dovesti do nove klase snažnih antibiotika. Iako sam peptid nije dovoljno snažan da bi sam bio antibiotik, de la Fuente kaže da se on i njegov tim nadaju da će njega i druge peptide koristiti kao svojevrsne šablone za daljnje proučavanje antimikrobnih sredstava. Osim toga, postoji i zabrinutost da bi patogeni mogli brzo razviti otpornost na lijekove izvedene iz drevne DNK.
Ali budimo optimistični i zahvalimo se našim dragim rođacima, jer ovo je još samo jedna u nizu stvari koje dugujemo neandertalcima i denisovcima.
Studija je objavljena u časopisu Cell Host & Microbe 28. jula ove godine, pod naslovom “Molecular de-extinction of ancient antimicrobial peptides enabled by machine learning”
