Американские ученые с помощью искусственного интеллекта исследовали 233 вида архей (древних микроорганизмов, лишенных ядра и мембранных органелл) и нашли в их протеоме более 12 тысяч потенциальных молекул-антибиотиков. Один из обнаруженных пептидов, археазин-73, продемонстрировал в экспериментах на животных эффективность, сопоставимую с мощным антибиотиком полимиксином В. Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, открывает новые пути для борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам.
Распространение бактерий, устойчивых к существующим антибиотикам, представляет ощутимую угрозу для глобального здравоохранения. Традиционно источники новых антимикробных соединений искали среди бактерий, грибов или высших организмов. В новом исследовании специалисты сосредоточили внимание на археях — древних микроорганизмах, которые, хотя морфологически схожи с бактериями, фундаментально отличаются от них строением клеточной мембраны и особенностями биохимических путей. Археи процветают в экстремальных местообитаниях, таких как гидротермальные источники, что подразумевает наличие у них уникальных механизмов защиты. «Мы подумали: если археи выживали миллиарды лет в таких условиях, возможно, у этих древних микроорганизмов есть уникальные способы бороться с микробами-конкурентами, и мы могли бы этому у них научиться», — пояснил Марсело Торрес, соавтор исследования из Пенсильванского университета.
Для поиска антибиотиков в археях исследователи применили усовершенствованную версию алгоритма глубокого обучения APEX 1.1. Эта модель, первоначально разработанная для поиска антимикробных пептидов в геномах вымерших организмов, была дополнительно обучена на обширных данных: тысячах пептидов с подтвержденной антимикробной активностью и информации о патогенных для человека бактериях. Алгоритм научился предсказывать антимикробный потенциал аминокислотных последовательностей. Ученые применили APEX 1.1 для анализа протеомов — полного набора белков — 233 видов архей. В результате были предсказаны 12 623 молекулы-кандидата с потенциальной антибиотической активностью, получившие название «археазины».
Дальнейший анализ показал, что археазины принципиально отличаются от известных антимикробных пептидов (АМП). Главная их особенность заключается в распределении электрического заряда. Более того, археазины действуют иначе: если большинство АМП повреждают внешние структуры бактериальной клетки, белки архей нарушают внутриклеточные процессы, вмешиваясь в электрические сигналы, жизненно важные для бактерий. Для экспериментальной проверки исследователи синтезировали 80 археазинов. В лабораторных тестах 93% из них подавляли рост по крайней мере одного из шести протестированных опасных патогенов. Три наиболее перспективных археазина испытали на мышах, инфицированных устойчивым к лекарствам штаммом A. baumannii. Все три соединения после однократного введения за четыре дня значительно снизили бактериальную нагрузку. Археазин-73 показал эффективность, сравнимую с полимиксином В — действенным антибиотиком, применяемым при тяжелых инфекциях.
Исследование представило убедительные доказательства того, что археи являются богатым и ранее недооцененным источником антибиотиков с принципиально новыми механизмами действия. Дальнейшие усилия команда планирует сосредоточить на усовершенствовании алгоритма APEX для прогнозирования активности на основе трехмерной структуры молекул, а также углубленном изучении безопасности и долгосрочной эффективности археазинов, прежде всего археазина-73, с перспективой доклинических и клинических испытаний. Таким образом, исследование древних форм жизни продолжает предлагать инновационные решения современных медицинских проблем.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
