Prin analizarea a peste patru milioane de peptide din veninurile de animale, oamenii de știință au descoperit noi compuși antimicrobieni ce pot ajuta la transformarea luptei împotriva superbacteriilor rezistente la medicamente.
Șerpii, păianjenii și scorpionii sunt creaturi veninoase care induc frică în inimile multora. O singură înțepătură sau mușcătură a unora dintre aceste animale este suficientă pentru a provoca daune grave sau chiar moartea oamenilor. Însă ce-ar fi dacă aceste veninuri mortale ar deține secretul combaterii uneia dintre cele mai presante amenințări la adresa medicinei moderne: rezistența la antibiotice?
În fiecare an, rezistența la antibiotice face milioane de victime, iar infecții odinioară tratabile devin acum mortale. Utilizarea fără discernământ și nereglementată a antibioticelor a alimentat apariția bacteriilor multirezistente. În fața acestei crize fără precedent, cercetătorii apelează la soluții neașteptate.
Veninurile animale sunt o astfel de comoară neexplorată. În ultimii ani, oamenii de știință au exploatat bogata diversitate a peptidelor din veninuri pentru potențialul lor terapeutic. De exemplu, cercetătorii au obținut inițial ziconotida, un analgezic, din veninul melcului conic, iar captoprilul, un medicament pentru hipertensiune arterială, din veninul de șarpe. De fapt, semaglutida, popularul medicament pentru slăbit, a fost concepută pentru a imita veninul monstrului Gila. Cu toate acestea, potențialul veninurilor ca sursă de antibiotice rămâne în mare parte neexplorat.
Într-un studiu recent, cercetătorii au folosit inteligența artificială pentru a analiza vasta bibliotecă de proteine din venin și au descoperit compuși antimicrobieni complet noi, cu o puternică activitate antibacteriană. Constatările lor, publicate în revista Nature Communications, evidențiază potențialul terapiilor derivate din venin de a reduce povara rezistenței la antibiotice în următorii ani.
Unul dintre obstacolele majore din calea extragerii compușilor antimicrobieni din veninuri îl constituie numărul vast de peptide bioactive din proteomul (totalitatea proteinelor) veninului. Fiecare animal veninos conține în arsenalul veninului său peste 200 de peptide, proteine și molecule mici unice.
Pentru a identifica sistemic noi antibiotice în cadrul rețelei complexe de proteine din venin, cercetătorii s-au bazat pe un model de învățare profundă care putea prezice funcțiile pe baza secvenței proteinelor. Ei au obținut peste 16.000 de proteine din venin din patru baze de date și au introdus aminoacizii acestora în model de AI. Învățând din tonele de date despre antibiotice consacrate, modelul a prezis prezența a peste 40 de milioane de peptide (venom-encrypted peptides – VEP) cu potențial antibiotic în proteinele din venin.
Pentru a restrânge și mai mult lista potențialelor antibiotice, cercetătorii au comparat proprietățile structurale și funcționale ale VEP cu cele ale peptidelor antimicrobiene (AMP) cunoscute. Au eliminat peptidele cu o similaritate ridicată cu AMP și au obținut 386 de candidați. Multe dintre VEP aveau o încărcare pozitivă mai mare decât AMP, ceea ce putea facilita interacțiunea lor cu membranele bacteriene încărcate negativ și le putea amplifica activitatea bactericidă.
Apoi, echipa a testat activitatea antimicrobiană a unui subset de VEP identificate prin incubarea lor cu culturi a 11 agenți patogeni relevanți clinic. Din cele 58 de VEP analizate, 53 au prezentat o activitate puternică împotriva a cel puțin unei tulpini patogene de bacterii.
Pentru a înțelege mecanismul prin care VEP au acționat asupra celulelor bacteriene, echipa a testat efectul lor asupra a doi factori: permeabilizarea și depolarizarea membranei bacteriene. Peptidele au acționat în principal prin depolarizarea membranei.
În cele din urmă, oamenii de știință au analizat eficiența VEP pe un model animal. Au infectat abcese cutanate la șoareci cu bacteria patogenă Acinetobacter baumannii și au tratat rănile cu VEP. Trei compuși au demonstrat o activitate antimicrobiană promițătoare, o singură doză topică reducând numărul de bacterii la două zile după infecție. Niciunul dintre compuși nu a afectat greutatea animalului, indicând o toxicitate minimă.
Următorul pas ar fi modificarea chimică a peptidelor din venin identificate pentru a le spori stabilitatea și pentru a face posibilă începerea evaluării clinice a unora dintre acestea.
Sursa: The Scientist