Ученый, который «воскрешает» молекулы неандертальцев, чтобы найти новые антибиотики

Dec 30, 2023

«Мы умрем от устойчивых к антибиотикам бактериальных инфекций в ближайшие 10–20 лет», — говорит генетик Эдит Херд. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) уже давно предупреждает об угрозе, которую представляют микроорганизмы, невосприимчивые к существующим медикаментозным методам лечения, которые к 2050 году будут убивать около 10 миллионов человек каждый год, что превысит смертность от рака. Одним из людей, находящихся на переднем крае борьбы с устойчивостью к антибиотикам, является Сезар де ла Фуэнте, лауреат Премии принцессы Жироны за научные исследования и профессор биоинженерии Пенсильванского университета. Де ла Фуэнте объединяет искусственный интеллект, знания и опыт своей исследовательской группы, группы машинной биологии, для обнаружения и анализа тысяч молекул с антибактериальным потенциалом. Команда ищет спасительные образцы в природных соединениях, таких как яд осы, или в собственной белковой карте человеческого организма. И теперь в древней ДНК наших предков-неандертальцев и денисовцев «воскрешаются» молекулы, утраченные Homo sapiens в ходе нашей эволюции.

Бактериальных клеток в организме больше, чем клеток человека. Среди наиболее важных свойств бактерий — самых распространенных организмов на планете, ответственных за все — от образования зубного налета до поддержания плодородия земли — является их способность развивать устойчивость к антибиотикам. Однако этот впечатляющий подвиг ставит под угрозу жизни миллионов людей.

Команда Де ла Фуэнте ищет соединения, способные решить эту проблему. Анализируя протеом — полный набор белков в организме — эти исследователи обнаружили 2603 пептида (молекулы, состоящие из аминокислот) с биологическими функциями, не связанными с иммунной системой, но обладающими противоинфекционными свойствами.

Де ла Фуэнте, 37 лет, родом из испанского портового города Ла-Корунья, включен в список 50 лучших испанцев, награжденных Forbes, и признан выдающимся исследователем Американским химическим обществом и Массачусетским технологическим институтом. Его команда, объясняет он, работает над процессом, известным как «восстановление», или восстановлением соединений из прошлого, которых больше не существует. «Мы разработали алгоритм для изучения протеома человека как источника антибиотиков и обнаружили множество таких последовательностей, которые мы называем зашифрованными пептидами», — говорит он. «Это заставило нас предположить, что эти последовательности вырабатывались на протяжении всей эволюции и играли роль в иммунной системе, защищая нас от вторжения или инфекционных агентов, таких как бактерии. Поэтому мы решили исследовать протеом наших ближайших предков — неандертальцев и денисовцев».

Базовый протеом был обнародован благодаря исследованию Сванте Паабо ДНК предков, которое в прошлом году получило Нобелевскую премию за определение генетики вымерших людей. «Что мы сделали, — говорит Де ла Фуэнте, — так это разработали алгоритм для изучения этих данных — этих человеческих протеомов — чтобы посмотреть, сможем ли мы найти антибиотики, закодированные в белках».

Де ла Фуэнте говорит, что концепция была вдохновлена ​​фильмом «Парк Юрского периода». «Идея фильма заключалась в том, чтобы вернуть к жизни целые организмы — динозавров. Но это создает множество этических, экологических и технических проблем. Сегодня у нас недостаточно геномной информации, чтобы воскресить динозавра. Вместо этого мы пришли к идее молекулярного возрождения: вместо того, чтобы воскресить целый организм, мы пытаемся возродить молекулы из прошлого, чтобы помочь нам решить современные проблемы, такие как устойчивость к антибиотикам».

В исследовании команды, опубликованном в журнале Cell Host & Microbe и рассмотренном журналом Nature, используется геномная и протеомная информация из митохондриальной ДНК с помощью алгоритма, разработанного командой, и использования искусственного интеллекта для поиска молекул, которые можно было бы использовать. как потенциальные антибиотики.

«Самый захватывающий момент был, когда мы воскресили молекулы, используя метод, известный как твердофазный химический синтез», — говорит Де ла Фуэнте. «Мы используем код аминокислот, обладающих антибиотической способностью, который предоставляет нам компьютер, чтобы заставить машины химически синтезировать молекулы».