AI обнаружил «археазины» — уникальные антибиотики в древних археях

Археи — одни из древнейших форм жизни на Земле, выживающие миллиарды лет в кипящей кислоте, гидротермальных источниках и соляных равнинах. Теперь они могут стать источником нового оружия в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.

Исследователи из Университета Пенсильвании с помощью искусственного интеллекта обнаружили в археях ранее неизвестные соединения, которые могут лечь в основу антибиотиков нового поколения. Исследование опубликовано в Nature Microbiology.

Исследование нового микробного фронта

Археи — отдельный домен жизни, отличный от бактерий и эукариот. Их уникальная генетика, клеточные мембраны и биохимия позволяют им выживать в экстремальных условиях. Это делает их перспективным, но малоизученным источником новых молекул, включая соединения, которые могут действовать как антибиотики, но иначе, чем существующие.

Поиск антибиотиков с помощью ИИ

Для поиска потенциальных антибиотических соединений в археях исследователи использовали обновленную версию инструмента ИИ APEX, ранее разработанного в лаборатории для поиска антибиотиков в древней биологии. APEX, обученный на тысячах пептидов с известными антимикробными свойствами, предсказывает вероятность того, что данная последовательность аминокислот будет иметь аналогичный эффект.

Сканирование 233 видов архей выявило более 12 000 кандидатов в антибиотики. Эти молекулы были названы «археазинами». Химический анализ показал, что они отличаются от известных антимикробных пептидов, в частности, распределением электрического заряда.

Для лабораторных испытаний против реальных бактерий было отобрано 80 археазинов.

Сравнимые с существующими антибиотиками

В отличие от большинства известных антимикробных пептидов, атакующих внешние защитные барьеры бактерий, археазины, по-видимому, действуют изнутри, нарушая электрические сигналы, необходимые для жизни клетки.

В тестах против ряда вызывающих болезни устойчивых к лекарствам бактерий 93% из 80 протестированных археазинов продемонстрировали антимикробную активность в отношении хотя бы одной бактерии.

Три археазина были протестированы на животных моделях. Через четыре дня после однократной дозы все они остановили распространение устойчивой к лекарствам бактерии, часто встречающейся в больницах. Одно из трех соединений показало активность, сравнимую с полимиксином B — антибиотиком, часто используемым в качестве последней линии защиты от устойчивых инфекций.

Будущие шаги

Исследователи планируют дальнейшее совершенствование APEX, чтобы он мог предсказывать кандидатов в антибиотики на основе их структуры, что потенциально повысит точность инструмента. Также они надеются лучше изучить долгосрочную эффективность и безопасность археазинов с целью их будущего выхода на клинические испытания на людях.