AIを使って「ネアンデルタール人の抗生物質」を復活させる

[広告_1]

抗生物質耐性菌の脅威

WHOによれば、抗生物質耐性菌に関連して、世界では毎年500万人近くが死亡しており、この状況に対処するための潜在的な薬を見つける必要性は極めて緊急である。

現在、バイオテクノロジーの先駆者であるセザール・デ・ラ・フエンテ氏が率いるチームは、人工知能 (AI) ベースの計算手法を使用して、ネアンデルタール人などの絶滅した人類の近縁種から遺伝的特徴を抽出し、4万年前の抗生物質を復活させようとしている。

抗生物質耐性という考えは誰から来たのか、そしてネアンデルタール人は絶滅したのか写真1 — ネアンデルタール人の絶滅した人間のモデル。写真：ゲッティ

研究を通じて、科学者たちは細菌と戦う能力を持つ小さなタンパク質やペプチド分子を数多く発見しており、これは人間の感染症と戦うための新薬への道を開く可能性がある。

抗生物質（ペニシリンなど）は自然に（別の抗菌性微生物によって）生成されるものですが、非抗生物質抗菌剤（スルホンアミドや防腐剤など）は完全に合成されたものです。
しかし、どちらのタイプも微生物を殺すかその増殖を防ぐという同じ目標を共有しており、どちらも抗菌化学療法の範疇に入ります。抗菌剤には、防腐剤、抗菌石鹸、化学洗剤などがあります。抗生物質は重要な抗菌剤であり、より具体的には医薬品や、時には動物飼料に使用されます。
抗生物質は風邪やインフルエンザなどの病気を引き起こすウイルスには効かないので、ウイルスを阻害する薬は抗生物質ではなく、抗ウイルス薬または抗レトロウイルス薬と呼ばれます。

「これにより、これまで生物では発見されていなかった新しい配列や新しいタイプの分子を発見することができ、分子の多様性についてより広い視野で考えることができるようになる」と、研究チームを率いたペンシルベニア大学（米国）のセザール・デ・ラ・フエンテ博士は述べた。「今日の細菌はこれらの新しい分子にさらされたことがないので、これは現在治療が難しい病原体に対処する良い機会となる可能性があります。」

専門家は、抗生物質耐性菌の問題に関する新たな発見が早急に必要だと述べている。「世界は抗生物質耐性の危機に直面している…将来に向けた潜在的な解決策を見つけるために過去に戻る必要があるなら、私は大賛成だ」とカリフォルニア大学バークレー校の分子細胞発生生物学教授マイケル・マハン氏は語った。

「ジュラシック・パーク」からの提案

ほとんどの抗生物質は微生物や真菌由来であり、土壌に生息する微生物を検査することで発見されます。しかし、ここ数十年で抗生物質の過剰使用により、病原菌が抗生物質に対する耐性を獲得するようになりました。

過去 10 年にわたり、デラフエンテ氏は計算手法を使用して、さまざまなペプチドが抗生物質の代替品として使用できる可能性を評価してきました。ある日、研究室で突然大ヒット映画「ジュラシック・パーク」の話が出て、科学者チームは絶滅した分子を研究するというアイデアを思いつきました。「分子を過去から復活させてみませんか？」彼は言った。

これまで知られていなかったペプチドを見つけるために、研究チームは、抗菌作用を持つ可能性のあるヒトタンパク質の断片化部位を認識するAIアルゴリズムをトレーニングした。その後、科学者らはそれを、現代人（ホモ・サピエンス）、ネアンデルタール人（ホモ・ネアンデルターレンシス）、そしてネアンデルタール人と近縁関係にあるもう一つの古代人類であるデニソワ人の公開されているタンパク質配列に適用した。

その後、研究チームは、過去の抗菌ペプチドの特性を利用して、どの古代ペプチドが最も細菌を殺す可能性が高いかを予測した。

次に研究チームは、最も有望な69個のペプチドを合成し、それらが細菌を殺すことができるかどうかをテストした。研究チームは、現生人類から4つ、ネアンデルタール人から1つ、デニソワ人から1つを含む、最も強い6つを選んだ。

研究チームは、ヒトの院内感染症の一般的な原因菌であるアシネトバクター・バウマニに感染したマウスにマウスを曝露した。（院内感染とは、入院時にいなかった病院での治療中に患者が感染する感染症のことです。）

抗生物質耐性という考えは誰から来たのか、そしてネアンデルタール人は絶滅したのか写真2 — ペンシルバニア大学のバイオテクノロジーの先駆者であるセザール・デ・ラ・フエンテ氏によると、アルゴリズムによって選ばれた6つのペプチドのうち、ネアンデルタール人のペプチドが細菌に感染したマウスの病原体と戦うのに最も効果的だったという。（写真：ペンシルベニア大学）

「最も興奮した瞬間の一つは、研究室で分子を化学的に再構成し、初めて生命を蘇らせた時でした。科学的な観点から見ても、あの瞬間を見るのは素晴らしい体験でした」とデ・ラ・フエンテ氏は語った。

実験結果では、皮膚膿瘍を発症した感染マウスでは、ペプチドが積極的に細菌を殺した。大腿部に感染症のあるマウスでは、ペプチドの効果は低かったものの、それでも細菌の増殖は防いだ。

「最も優れたペプチドは、ネアンデルタール人由来のネアンデルタール1と呼ばれるもので、これがマウスで最も効果を発揮した」とデ・ラ・フエンテ氏は語った。

さらなる研究が必要

しかし、デ・ラ・フェンテ氏は、どのペプチドも「抗生物質としてすぐに使用できる」わけではなく、むしろ多くの調整が必要だと強調した。来年発表予定の研究で、彼と同僚は、詳細な遺伝情報を持つ208種の絶滅生物のタンパク質配列を調査するための新たなディープラーニングモデルを開発した。

研究チームは、絶滅した生物にのみ見られる、これまで未発見だった11,000種類以上の抗菌ペプチドを発見し、シベリアマンモス、ステラーカイギュウ（北極圏での狩猟により18世紀に絶滅した海洋哺乳類）、巨大ナマケモノ、アイルランドヘラジカ（Megaloceros giganteus）から最も有望なペプチドを合成した。新たに発見されたペプチドはマウスにおいて「優れた抗感染活性」を示したと彼は語った。

英国ジョン・イネス・センターのチームリーダー、ドミトリー・ギラロフ博士は、新しい抗生物質を発見する際のボトルネックは、抗生物質が不安定で合成が難しい場合があることだと述べた。「毒性などの問題のため、産業界による開発や研究が進んでいないペプチド抗生物質はたくさんある」とギラロフ氏は語った。

2021年5月に発表された論文によると、研究者らが特定した1万種類の有望な化合物のうち、米国食品医薬品局（FDA）の承認を受けた抗生物質はわずか1、2種類だという。

ジョージ・メイソン大学（米国）システム生物学部の教授兼研究副ディレクターのモニーク・ヴァン・フック博士は、自然界で発見されたペプチドが直接、新薬や他の種類の抗生物質を生み出すことは非常に稀だと語った。

ファン・フック氏によると、この新しいペプチドの発見により、研究者らが計算技術を使ってそのペプチドの新しい抗生物質としての可能性を探求し、最適化する準備が整うことになるという。

ファン・フック氏は現在、アメリカワニに見られる天然ペプチドから派生した合成ペプチドの研究に注力している。このペプチドは現在、前臨床試験中です。

絶滅したワニや人間から新たな抗生物質を採取するのは奇妙に思えるかもしれないが、抗生物質耐性菌の深刻さを考えると、そのような研究は価値があるとヴァン・フック氏は言う。

ホアイ・フオン氏（CNNによる）

[広告2]
ソース