С помощью компьютерных алгоритмов удалось разработать новый препарат для борьбы с некоторыми особо опасными бактериями. Синтетический прототип использует новый способ атаки, благодаря чему к нему очень трудно выработать устойчивость. И самое главное, новый прорыв позволит создать целый арсенал эффективнейших антибиотиков.

Новый метод поиска антибактериальных соединений основанный на алгоритмах искусственного интеллекта принес свои первые плоды. Depositphoto

Люди не единственные существа, которые убивают бактерии - природа разработала широкий спектр антибактериальных соединений, многие из которых используются самими бактериями для битвы за территорию с другими микробами. 

Именно из этого арсенала и были получены большинство наших антибиотиков, первоначально выращенных из культур бактерий, а затем синтезированных в более мощные формы. Проблема в том, что со временем бактерии вырабатывают устойчивость к этим препаратам, заставляя нас создавать новые, пока они опять не станут устойчивыми и к ним. В последние десятилетия прогресс резко замедлился, так как мы начали исчерпывать запасы самых простых бактерий, с которыми можно работать, в результате чего бактерии, устойчивые к антибиотикам, стали одной из самых серьезных угроз для здоровья людей.

" Источником многих антибиотиков являются бактерии, но большинство из них невозможно вырастить в лаборатории ", - говорит Шон Брэди, автор-корреспондент исследования. "Из этого следует, что мы, вероятно, упускаем из виду большую часть таких препаратов". 

Для более быстрого анализа всех возможных вариантов исследователи из Рокфеллера использовали алгоритмы изучения биосинтетических кластеров генов. Речь идет о совокупности генов, кодирующих несколько видов белков одновременно (в том числе и те, которые могут обладать антибактериальными свойствами), но дело в том, что их очень много и они достаточно сложны для понимания человека.

"Бактерии довольно сложно устроены, и если мы можем определить последовательность гена, это еще не значит, что мы знаем, как бактерия задействует его для производства белков", - говорит Брэди. "Существуют тысячи и тысячи неописанных кластеров генов, и мы выяснили, как активировать только малую часть из них".

В результате работы ИИ было обнаружено одно особенно перспективное соединение, которое команда назвала cilagicin (цилагицин). Оно является производным кластера генов под названием "cil", который был выбран из-за его сходства с другими белками, продуцирующими противобиотические вещества. 

В лабораторных испытаниях цилагицин надежно убивал бактерии, включая несколько штаммов, устойчивых к существующим антибиотикам. Важно отметить, что он не вредил человеческим клеткам и мог лечить бактериальные инфекции у живых мышей. При этом он даже уничтожил бактерий, которые изначально был сконструирован так, чтобы не поддаваться воздействию препарата.

При ближайшем рассмотрении команда обнаружила молекулярные аспекты его эффективности. При воздействии на бактерии цилагицин связывает две молекулы, называемые C55-P и C55-PP, которые бактерии используют для построения своих клеточных стенок. Известно, что существующие антибиотики связывают одну молекулу или другую, но устойчивые бактерии все равно могут использовать вторую для формирования клеточной ткани. Убирая сразу оба компонента, цилагицин способен предотвратить подобную резистентность. 

Каким бы многообещающим ни казалось исследование, исследователи считают, что предстоит еще много работы, прежде чем препарат можно будет использовать для лечения людей. В планах исследователей оптимизировать состав и провести дополнительные испытания на животных против ряда других бактерий. Но самое интересное, что cilagicin может стать первым из множества новых антибиотиков, открытых с помощью этого метода. 

"Эта работа - яркий пример того, что можно найти в скрытом кластере генов", - говорит Брэди. "Мы считаем, что теперь с помощью этой стратегии мы сможем открыть большое количество новых природных соединений, что, как мы надеемся, обеспечит новый потенциал для поиска новых лекарств". 

Исследование было опубликовано в журнале Science.

Источник: Университет Рокфеллера, Journal Science
(https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4213)
(https://www.rockefeller.edu/news/32306-a-synthetic-antibiotic-may-help-turn-the-tide-against-drug-resistant-pathogens/)