استخدام الذكاء الاصطناعي لإعادة المضادات الحيوية للإنسان البدائي

[إعلان 1]

التهديد الذي تشكله البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية

وبحسب منظمة الصحة العالمية، وبما أن العالم يواجه ما يقرب من خمسة ملايين حالة وفاة كل عام مرتبطة بالبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، فإن الحاجة إلى إيجاد أدوية محتملة للتعامل مع هذا الوضع أصبحت ملحة للغاية.

والآن، يستخدم فريق بقيادة رائد التكنولوجيا الحيوية سيزار دي لا فوينتي أساليب حسابية تعتمد على الذكاء الاصطناعي لاستخراج السمات الجينية من أقارب البشر المنقرضين مثل إنسان نياندرتال، لإعادة المضادات الحيوية الخاصة بهم إلى ما قبل 40 ألف عام.

من جاء بفكرة مقاومة المضادات الحيوية وهل انقرضت الانسان البدائي صورة 1 — نموذج الإنسان النياندرتال المنقرض. الصورة: جيتي

ومن خلال البحث، اكتشف العلماء عدداً من جزيئات البروتين أو الببتيد الصغيرة التي لديها القدرة على محاربة البكتيريا، وهو ما قد يمهد الطريق لتطوير أدوية جديدة لمحاربة العدوى لدى البشر.

المضادات الحيوية (مثل البنسلين) هي تلك التي يتم إنتاجها بشكل طبيعي (عن طريق كائن حي مضاد للميكروبات آخر)، في حين أن المضادات الحيوية غير المضادة للمضادات الحيوية (مثل السلفوناميدات والمطهرات) هي تلك التي يتم تصنيعها بشكل كامل.
ومع ذلك، فإن كلا النوعين يتقاسمان نفس الهدف وهو قتل أو منع نمو الكائنات الحية الدقيقة وكلاهما يقع ضمن فئة العلاج الكيميائي المضاد للبكتيريا. تشمل العوامل المضادة للبكتيريا المطهرات والصابون المضاد للبكتيريا والمنظفات الكيميائية؛ في حين أن المضادات الحيوية هي مضادات للبكتيريا مهمة تستخدم على وجه التحديد في الطب وأحيانًا في أعلاف الحيوانات.
لا تعمل المضادات الحيوية ضد الفيروسات التي تسبب أمراضًا مثل نزلات البرد أو الأنفلونزا، لذا فإن الأدوية التي تمنع الفيروسات تسمى مضادات الفيروسات أو مضادات الفيروسات القهقرية، وليس المضادات الحيوية.

وقال الدكتور سيزار دي لا فوينتي من جامعة بنسلفانيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، الذي قاد فريق البحث: "إن هذا يسمح لنا باكتشاف تسلسلات جديدة، وأنواع جديدة من الجزيئات التي لم يتم اكتشافها من قبل في الكائنات الحية، مما يفتح لنا المجال للتفكير على نطاق أوسع حول التنوع الجزيئي". "لم تتعرض البكتيريا اليوم أبدًا لهذه الجزيئات الجديدة، لذا يمكن أن تكون هذه فرصة جيدة للتعامل مع مسببات الأمراض التي يصعب علاجها حاليًا."

ويقول الخبراء إن هناك حاجة ماسة إلى التوصل إلى نتائج جديدة بشأن مشكلة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. وقال مايكل ماهان، أستاذ علم الأحياء الجزيئي والخلوي والتنموي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: "يواجه العالم أزمة مقاومة المضادات الحيوية... إذا كنا بحاجة إلى العودة إلى الماضي للتوصل إلى حلول محتملة للمستقبل، فأنا أؤيد ذلك تمامًا".

اقتراحات من "حديقة جوراسيك"

معظم المضادات الحيوية هي من أصل ميكروبي وفطري، ويتم اكتشافها عن طريق فحص الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في التربة. لكن في العقود الأخيرة، أدى الإفراط في استخدام المضادات الحيوية إلى ظهور مقاومة لدى مسببات الأمراض لها.

على مدى العقد الماضي، استخدم دي لا فوينتي أساليب حسابية لتقييم إمكانات الببتيدات المختلفة كبدائل للمضادات الحيوية. في أحد الأيام، أثناء وجودنا في المختبر، تم ذكر فيلم "جوراسيك بارك" بشكل مفاجئ، مما أعطى فريق العلماء فكرة لدراسة الجزيئات المنقرضة. "لماذا لا نعيد الجزيئات من الماضي؟" قال.

وللعثور على الببتيدات غير المعروفة سابقًا، قام الفريق بتدريب خوارزمية الذكاء الاصطناعي للتعرف على المواقع المجزأة في البروتينات البشرية التي قد يكون لها نشاط مضاد للبكتيريا. ثم قام العلماء بتطبيقه على تسلسلات البروتين المتاحة للجمهور من البشر الحديثين (الإنسان العاقل)، والإنسان النياندرتال (الإنسان نياندرتال)، وإنسان دينيسوفا - وهو نوع بشري قديم آخر وثيق الصلة بالإنسان النياندرتال.

ثم استخدم الفريق خصائص الببتيدات المضادة للبكتيريا السابقة للتنبؤ بالببتيدات القديمة الأكثر احتمالية لقتل البكتيريا.

وبعد ذلك، قام الفريق بتصنيع واختبار 69 من الببتيدات الأكثر فعالية لمعرفة ما إذا كانت قادرة على قتل البكتيريا. وقد اختار الفريق ستة من الأقوى، بما في ذلك أربعة من البشر المعاصرين، وواحد من إنسان نياندرتال، وواحد من إنسان دينيسوفا.

وقد عرضهم الفريق لفئران مصابة ببكتيريا Acinetobacter baumannii، وهو سبب شائع للعدوى المكتسبة من المستشفيات لدى البشر. (العدوى المكتسبة من المستشفى هي عدوى يكتسبها المريض أثناء تلقي العلاج في المستشفى ولم تكن موجودة عند دخوله.)

من جاء بفكرة مقاومة المضادات الحيوية وهل انقرضت الانسان البدائي الصورة 2 — ومن بين الببتيدات الستة التي اختارتها الخوارزمية، كان واحد منها من إنسان نياندرتال هو الأكثر فعالية في مكافحة مسببات الأمراض في الفئران المصابة بالبكتيريا، كما يقول رائد التكنولوجيا الحيوية سيزار دي لا فوينتي من جامعة بنسلفانيا. (الصورة: جامعة بنسلفانيا)

"أعتقد أن إحدى أكثر اللحظات إثارة كانت عندما قمنا بإعادة تكوين الجزيئات كيميائيًا في المختبر ثم إعادتها إلى الحياة لأول مرة. وقال دي لا فوينتي: "كان من المدهش من الناحية العلمية أن نشهد تلك اللحظة".

وفي النتائج التجريبية، في الفئران المصابة التي طورت خراجات جلدية، قتلت الببتيدات البكتيريا بشكل نشط؛ وفي الفئران المصابة بعدوى الفخذ، كانت الببتيدات أقل فعالية، ولكنها لا تزال تمنع نمو البكتيريا.

وقال دي لا فوينتي "كان أفضل ببتيد هو ما نسميه نياندرتال 1، من إنسان نياندرتال، وكان هذا هو الببتيد الذي نجح بشكل أفضل في الفئران".

هناك حاجة لمزيد من البحث

ومع ذلك، أكد السيد دي لا فوينتي أن أيًا من الببتيدات ليست "جاهزة للاستخدام كمضادات حيوية" وبدلاً من ذلك سوف تتطلب الكثير من التعديلات. وفي بحث من المقرر نشره العام المقبل، قام هو وزملاؤه بتطوير نموذج جديد للتعلم العميق لاستكشاف تسلسلات البروتين في 208 كائنات منقرضة بمعلومات وراثية مفصلة.

اكتشف الفريق أكثر من 11 ألف ببتيد مضاد للميكروبات لم يتم اكتشافه من قبل، ويوجد فقط في الكائنات المنقرضة، وقاموا بتصنيع الببتيدات الأكثر واعدة من الماموث الصوفي السيبيري، وبقرة البحر ستيلر (ثدييات بحرية انقرضت في القرن الثامن عشر بسبب الصيد في القطب الشمالي)، والكسلان العملاق، والأيائل الأيرلندية العملاقة (ميجالوسيروس جيجانتيوس). وأضاف أن الببتيدات المكتشفة حديثا تتمتع "بنشاط مضاد للعدوى ممتاز" لدى الفئران.

وقال الدكتور دميتري جيلاروف، قائد الفريق في مركز جون إينيس في المملكة المتحدة، إن العائق أمام العثور على مضادات حيوية جديدة هو أنها قد تكون غير مستقرة ويصعب تصنيعها. وقال جيلاروف "هناك الكثير من المضادات الحيوية الببتيدية التي لم يتم تطويرها ومتابعتها من قبل الصناعة بسبب صعوبات مثل السمية".

ومن بين 10 آلاف مركب واعد حددها الباحثون، حصل واحد أو اثنان فقط من المضادات الحيوية على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، وفقًا لدراسة نشرت في مايو 2021.

قالت الدكتورة مونيك فان هوك، أستاذة ومديرة الأبحاث المساعدة في كلية علم الأحياء الأنظمة في جامعة جورج ماسون (الولايات المتحدة الأمريكية)، إنه من النادر جدًا أن يقوم الببتيد الموجود في الطبيعة بإنشاء دواء جديد أو نوع آخر من المضادات الحيوية بشكل مباشر.

وقال فان هوك إن اكتشاف الببتيد الجديد سيمهد الطريق للباحثين لاستخدام التقنيات الحسابية لاستكشاف وتحسين إمكانات الببتيد كمضاد حيوي جديد.

تركز فان هوك حاليًا أبحاثها على ببتيد صناعي مشتق من ببتيد طبيعي موجود في التماسيح الأمريكية. يخضع الببتيد حاليًا للاختبارات السريرية المسبقة.

ورغم أنه قد يبدو من الغريب الحصول على مضادات حيوية جديدة من التماسيح أو البشر المنقرضين، فإن شدة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية تجعل مثل هذا البحث يستحق العناء، كما يقول فان هوك.

هوآي فونج (وفقًا لشبكة CNN)

[إعلان رقم 2]
مصدر