„Moramo razmišljati veliko u istraživanju antibiotika“, kaže Cesar de la Fuente. „Preko milion ljudi umre svake godine od infekcija otpornih na lekove, a predviđa se da će do 2050. dostići 10 miliona. Decenijama nije postojala zaista nova klasa antibiotika, a toliko nas je malo koji se bavimo ovim pitanjem da moramo da razmišljamo o više od samo novih lekova. Potrebni su nam novi okviri.“
De la Fuente je predsednički docent na Odseku za bioinženjering i Odeljenju za hemijsko i biomolekularno inženjerstvo na Fakultetu za inženjerstvo i primenjene nauke Univerziteta u Pensilvaniji.
De la Fuenteova laboratorija, Grupa za mašinsku biologiju, kreira ove nove okvire koristeći moćna partnerstva u inženjerstvu i zdravstvenim naukama, oslanjajući se na „moć mašina da ubrzaju otkrića u biologiji i medicini“.
Objedinjujući veštačku inteligenciju sa naprednim eksperimentalnim metodama, grupa je iskopala drevnu prošlost za buduća medicinska otkrića. U nedavnoj studiji objavljenoj u Cell Host & Microbe, tim je pokrenuo polje „molekularnog uništenja“.
Naši genomi — naš genetski materijal — i genomi naših drevnih predaka izražavaju proteine sa prirodnim antimikrobnim svojstvima. „Molekularno uklanjanje izumiranja“ pretpostavlja da bi ovi molekuli mogli biti glavni kandidati za bezbedne nove lekove. Prirodno proizvedeni i odabrani kroz evoluciju, ovi molekuli nude obećavajuće prednosti u odnosu na molekularno otkriće koristeći samo AI.
U ovom radu, tim je istražio proteomske ekspresije dva izumrla organizma – neandertalaca i denisovana, arhaičnih prethodnika ljudske vrste – i pronašao desetine malih proteinskih sekvenci sa antibiotskim kvalitetima. Njihova laboratorija je tada radila na sintetizaciji ovih molekula, vraćajući u život ove davno nestale hemije.
„Kompjuter nam daje niz aminokiselina“, kaže de la Fuente. „Ovo su gradivni blokovi peptida, malog proteina. Onda možemo da napravimo ove molekule koristeći metodu koja se zove ‘hemijska sinteza u čvrstoj fazi’. Prevodimo recept aminokiselina u stvarni molekul i onda ga gradimo.“
Tim je zatim primenio ove molekule na patogene u posudi i na miševima kako bi testirao verodostojnost i efikasnost njihovih računskih predviđanja.
„Oni koji su radili, radili su prilično dobro“, nastavlja de la Fuente. „U dva slučaja, peptidi su bili uporedivi—ako ne i bolji—od standarda nege. Oni koji nisu funkcionisali pomogli su nam da naučimo šta je trebalo poboljšati u našim alatima za veštačku inteligenciju. Mislimo da ovo istraživanje otvara vrata novim putevima razmišljanja o antibioticima i otkrivanju lekova, a ovaj prvi korak će omogućiti naučnicima da ga istraže sa sve većom kreativnošću i preciznošću.“
Ovaj novi univerzum istraživanja je posebno bogat. Pored ponude potpuno novog okvira za otkrivanje lekova, njihov rad je doneo neočekivane uvide u naš imuni sistem. Zanimljivo je da neke od dotičnih peptidnih sekvenci nisu imale ranije poznatu ulogu u imunitetu.
U stvari, prethodno istraživanje grupe je već pokazalo da su neki od antimikrobnih molekula koje su pronašli skriveni, šifrovani unutar proteina povezanih sa potpuno različitim sistemima i funkcijama u telu.
„Jedna stvar koja me je iznenadila“, kaže de la Fuente, „je da je naša laboratorija pronašla sekvence u svakom sistemu tela — kardiovaskularnom, nervnom, probavnom, itd. Ono što ranije nismo prepoznali je da proteini ili peptidi igraju ulogu u jedan sistem bi takođe mogao da doprinese imunitetu uopšte“.
Tradicionalno gledište u biologiji je da jedan gen kodira jedan protein, a svaki protein ima jednu funkciju. Ali ono što su tim i njihovi talentovani saradnici otkrili je da jedan protein može imati više funkcija.
„Otvaramo potpuno novi put za učenje o načinima na koje naša tela sprečavaju i bore se protiv bolesti“, kaže de la Fuente.
Sa utvrđivanjem odumiranja za ove molekule, istraživački tim Penn Engineeringa sada zamišljeno istražuje posledice vaskrsavanja prošlosti.
„Razgovaramo sa bioetičarima o tome šta znači vratiti genetski materijal u život“, kaže de la Fuente. „Radimo to za medicinu, ali šta ako neko drugi vaskrsne nešto toksično ili štetno? Takođe sarađujemo sa advokatima za patente. Aktuelne sekvence peptida se ne mogu patentirati po zakonu. Ali šta je sa onima koje ponovo stvaramo od izumrlih organizama?“
Jednostavan molekul, star hiljadama godina, živi — i pomaže nam da postavljamo pitanja koja nikada ranije nismo postavljali.
