Галантамин от болезни Альцгеймера: производство с помощью ИИ и бактерий стало ближе

Галантамин — распространённое лекарство для облегчения симптомов болезни Альцгеймера и других форм деменции. Однако его синтез в лаборатории в промышленных масштабах коммерчески нецелесообразен. Действующее вещество извлекают из нарциссов в ходе длительного процесса, а непредсказуемые факторы (погода, урожайность) влияют на поставки и цену.

Исследователи из Техасского университета в Остине разработали инструменты, включая систему искусственного интеллекта и флуоресцентные биосенсоры, чтобы в будущем поручить всю работу микробам.

В статье в Nature Communications описан процесс использования генетически модифицированных бактерий для создания химического предшественника галантамина — 4'-O-Метилнорбелладина — как побочного продукта их обычного клеточного метаболизма. По сути, бактерии запрограммированы превращать пищу в лекарственные соединения.

«Цель — в конечном итоге ферментировать такие лекарства в больших количествах», — сказал профессор молекулярных бионаук Эндрю Эллингтон. «Этот метод создаёт надёжное предложение, которое гораздо дешевле производить. У него нет сезона роста, и на него не могут повлиять засуха или наводнения».

Ключевую роль в процессе играет система ИИ MutComputeX, разработанная Дэнни Диасом. Она определяет, как мутировать белки внутри бактерий, чтобы повысить их эффективность и рабочую температуру для максимизации производства целевого химического вещества.

«В некоторых случаях система была в три раза эффективнее, чем природная система, найденная в нарциссах», — отметил Диас.

Использование микробов для производства полезных побочных продуктов — не новость (пивные дрожжи, сыр, йогурт). Микробная ферментация уже применяется для производства некоторых видов инсулина, гормонов и рекомбинантных белков. Однако применение ИИ в этом процессе относительно ново и расширяет возможности.

Учёные также создали флуоресцентный биосенсор для быстрого обнаружения и анализа бактерий, производящих нужные химические вещества. При контакте с целевым соединением специально созданный белок-сенсор светится зелёным.

«Биосенсор позволяет тестировать и анализировать образцы за секунды, тогда как раньше на каждый уходило около пяти минут», — сказал первый автор статьи Саймон д'Ольсниц. «А программа машинного обучения позволяет легко сузить круг кандидатов с десятков тысяч до десятков. Вместе это действительно мощные инструменты».