Изкуственият интелект отключва антибиотичния потенциал в смъртоносните отрови

Чрез анализ на повече от четири милиона отровни пептида, изследователите откриха нови антимикробни съединения, които биха могли да трансформират борбата срещу смъртоносните супербактерии

Ваня Милева Последна промяна на 04 септември 2025 в 00:00 109 0

Мангрова ямна пепелянка

Кредит Animalia.bio
С помощта на изкуствен интелект, изследователите откриха антимикробни съединения в животинска отрова, което потенциално революционизира лечението на лекарствено-резистентни инфекции.

Чрез анализ на повече от четири милиона отровни пептида, изследователите откриха нови антимикробни съединения, които биха могли да трансформират борбата срещу смъртоносните супербактерии.

Змиите, паяците и скорпионите са отровни същества, които всяват страх в сърцата на мнозина. Едно ужилване или ухапване от различни видове от тези животни е достатъчно, за да причини сериозни увреждания или дори смърт на хората. Но какво ще стане, ако тези смъртоносни отрови крият тайната за борба с една от най-належащите заплахи на съвременната медицина: антимикробната резистентност?

Всяка година антимикробната резистентност отнема милиони животи, правейки някога лечими инфекции фатални. Широко разпространената и нерегулирана употреба на антибиотици е подхранила появата на мултирезистентни бактерии. В условията на тази нарастваща криза, изследователите се обръщат към неочаквани източници за решения.

Животинските отрови са една такава неизползвана съкровищница от антимикробни средства. "Отровите са еволюционни шедьоври", заявява Сесар де ла Фуенте (César de la Fuente), компютърен биолог в Университета на Пенсилвания.

"Те са прекарали стотици милиони години в учене как да пробиват разнообразни биологични защити."

През последните няколко години учените са изследвали богатото разнообразие от отровни пептиди заради техния терапевтичен потенциал. Например изследователите първоначално са получили зиконотид, болкоуспокояващо, от отрова на конусовидния охлюв, а каптоприл, лекарство за високо кръвно налягане, са получили от змийска отрова. Всъщност семаглутидът, популярното лекарство за отслабване, е проектиран да имитира отровата на Аризонския отровен гущер (Heloderma suspectum). Потенциалът на отровите като източник на антибиотици обаче остава до голяма степен неизследван.

В скорошно проучване, де ла Фуенте и неговият екип използват изкуствен интелект, за да прегледат огромната библиотека от протеини на отровата и откриват чисто нови антимикробни съединения с мощна антибактериална активност. Техните открития, публикувани в Nature Communications, подчертават потенциала на терапиите, получени от отрови, за намаляване на тежестта на антимикробната резистентност през следващите години.

"Отровните съединения са бързодействащи, много мощни и много специфични. Всички съставки, които са нужни, за да се създаде лекарство", коментира Манде Холфорд (Mandë Holford), химичен биолог в колежа Хънтър, който изследва отровни пептиди в морски охлюви и не е участвал в проучването. "Тази история демонстрира силата на отровата."

Една от основните пречки пред добива на отрови за антимикробни средства е огромният брой биоактивни пептиди в протеомите на отровата.

Протеом

Протеомът е пълният набор от протеини, експресирани от геном, клетка, тъкан или организъм в определено време и при определени условия. За разлика от относително стабилния геном (пълният набор от гени), протеомът е динамичен и се променя в отговор на фактори като етап на развитие и условия на околната среда.

"Всяко отровно животно има в своята отрова над 200 или повече уникални пептида, протеини и малки молекули. Това е удивително огромен брой по отношение на съединенията за изследване", посочва Холфорд.

За да идентифицират систематично нови антибиотици в сложната мрежа от отровни протеини, де ла Фуенте и неговият екип разчитат на модел за дълбоко обучение, който може да предскаже функция от протеиновата последователност. Те са извлекли над 16 000 отровни протеина от четири бази данни и са въвели техните аминокиселинни кодове в модела.

"Той работи като скенер за баркодове", обяснява де ла Фуенте. "Сканира протеома и ви казва кой регион е вероятно да бъде добър антибиотик."

Изучавайки тонове данни за установени антибиотици, моделът е предсказал наличието на над 40 милиона пептида, криптирани от отрова (VEP - venom-encrypted peptide), в отровните протеини с антибиотичен потенциал.

За да стеснят допълнително списъка с потенциални антибиотици, изследователите сравнили структурните и функционални свойства на VEP (пептида, криптирани от отрова) с известни антимикробни пептиди (AMP - antimicrobial peptides). Те отстранили пептиди с високо сходство с AMP и в крайна сметка открили 386 кандидата. Много от VEP са били по-положително заредени от AMP, което би могло да улесни взаимодействието им с отрицателно заредените бактериални мембрани и да усили бактерицидната им активност.

"Със системите с изкуствен интелект, които разработихме наскоро, страхотното е мащабът и бързите срокове за това, което можем да постигнем", разказва де ла Фуенте. "Сега можем да откриваме нови съединения за няколко часа, докато преди това отнемаше години."

След това екипът тества антимикробната активност на подгрупа от идентифицираните VEP (ветеринарно-ефективни бактерии), като ги инкубира с култури от 11 клинично значими патогена. От 58-те VEP (пептида, криптирани от отрова), които анализират, 53 показват мощна активност срещу поне един патогенен щам бактерии.

За да разберат механизма, чрез който VEP действат върху бактериалните клетки, екипът тества ефекта им върху две неща: пермеабилизация и деполяризация на бактериалната мембрана. Пептидите действат предимно чрез деполяризация на мембраната.

Пермеабилизацията е процесът на създаване на временни пори или разрушаване на клетъчните мембрани, за да се позволи навлизането на големи молекули, като антитела в клетката.

Накрая, де ла Фуенте и неговата група анализирали колко добре са се представили VEP (пептида, криптирани от отрова) в животински модел. Те инфектирали кожни абсцеси при мишки с патогенната бактерия Acinetobacter baumannii и третирали раните с VEP. Три съединения показали обещаваща антимикробна активност, като единична локална доза намалила броя на бактериите два дни след инфекцията. Никое от тях не повлияло на теглото на животното, което показва минимална токсичност.

Сега де ла Фуенте и неговият екип се опитват да модифицират химически идентифицираните VEP, за да подобрят тяхната стабилност и потенциално да ги приложат в клиничната практика.

"Надяваме се, че други изследователи също ще се присъединят към усилията за изследване на отровите като източник на потенциални терапевтични средства, не само за инфекциозни заболявания, но и за много, много други неща", коментира де ла Фуенте.

Справка:

  1. Reghukumar A. Drivers of antimicrobial resistance. In: Handbook on Antimicrobial Resistance. Springer, Singapore; 2023:1-16.
  2. Kaas Q, Craik DJ. Bioinformatics-aided venomics. Toxins. 2015;7(6):2159-2187.
  3. Miljanich GP. Ziconotide: Neuronal calcium channel blocker for treating severe chronic pain. Curr Med Chem. 2004;11(23):3029-3040.
  4. Oliveira AL, et al. The chemistry of snake venom and its medicinal potential. Nat Rev Chem. 2022;6(7):451-469.
  5. Deane AM, et al. The therapeutic potential of a venomous lizard: the use of glucagon-like peptide-1 analogues in the critically ill. Crit Care. 2010;14, 1004.
  6. Guan C, et al. Computational exploration of global venoms for antimicrobial discovery with venomics artificial intelligence. Nat Commun. 2025;16(1):6446.
  7. Dersch L, et al. Engineering a wolf spider a-family toxin towards increased antimicrobial activity but low toxicity. Toxicon. 2024;247:107810.

Източник: AI Unlocks Antibiotic Potential in Deadly Venoms, .Тhe scientist

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Медицина

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !