Prioni so neprijetni, čudni in običajno strašljivi nalezljivi povzročitelji, ki povzročajo precej grozljive bolezni. A bi nam lahko vendarle ponudili novo orodje v boju proti odpornosti proti antibiotikom? S pomočjo umetne inteligence so strokovnjaki odkrili več sto peptidov, skritih v zgradbi prionov, ki imajo, kot kaže, močne protimikrobne lastnosti.
Prioni so poškodovane, napačno zvite beljakovine, ki tudi normalne beljakovine prisilijo v nenormalno zvijanje. Predstavljajmo si jih kot gnila jabolka v košari, ki okužijo sosednje sadje, dokler se ne pokvari cela košara. Pri živalih ta proces omogoča, da prioni delujejo kot nalezljivi povzročitelji, čeprav niso živi in ne vsebujejo genskega materiala kot bakterije ali virusi, in lahko vodijo v smrtonosne nevrodegenerativne bolezni.
V večini primerov do napačnega zvijanja beljakovin pride spontano, čeprav se lahko okužimo tudi s tesnim stikom z materialom, ki vsebuje prione, na primer z uživanjem tkiva okuženih živali. Dobra novica pa je, da se to dogaja izjemno redko. Slaba novica je, da prioni niso živa bitja, zato jih ni mogoče uničiti ali inaktivirati z običajnimi tehnikami sterilizacije, kot sta vretje ali avtoklaviranje. To pomeni, da so prionske bolezni, kot je Creutzfeldt-Jakobova bolezen, praktično neozdravljive.
Prav zato si ne bi mislili, da bi lahko ponudili priložnost za iskanje novih zdravil. A prioni so v osnovi beljakovine, beljakovine pa so zgrajene iz aminokislin, ki se povezujejo v kratke verige, imenovane peptidi, nekateri peptidi pa imajo v izolirani obliki protimikrobne lastnosti. Težava je v ogromnem številu sodelujočih peptidov in izzivu, da je treba pregledati več milijonov takih fragmentov. Na srečo je umetna inteligenca pri takšnih nalogah zelo dobra – in veliko bolj potrpežljiva od človeka.
V novi študiji so strokovnjaki s sistemom strojnega učenja APEX analizirali 19,3 milijona kratkih peptidnih fragmentov, ki izvirajo iz 2897 prionov in prionom podobnih beljakovin ter so pridobljeni od ljudi, miši, krav, golih krtov in številnih drugih živali. V tem vzorcu so odkrili 1179 možnih protimikrobnih peptidov, ki so jih raziskovalci poimenovali »prionini«.
»To delo spreminja naše razmišljanje o tem, kje se lahko skrivajo antibiotiki,« je izjavil César de la Fuente, raziskovalec na Univerzi v Pensilvaniji in vodilni avtor študije, ki poroča o rezultatih. »Prione so doslej preučevali skoraj izključno z vidika bolezni, umetna inteligenca pa nam je omogočila, da postavimo druga vprašanja: ali te beljakovine kodirajo tudi uporabne molekularne fragmente? Kaže, da je odgovor pritrdilen.«
Ekipa je izbrala 75 najobetavnejših peptidov in preizkusila, kako se obnašajo proti 11 različnim bakterijam, vključno s sevi, odpornimi proti zdravilom. Med njimi jih je vsaj 59 zaviralo vsaj enega bakterijskega povzročitelja, 42 pa jih je pokazalo močan učinek že v nizki koncentraciji. Ugotovili so, da so prionini to dosegli z motenjem membran bakterij, podobno kot delujejo klasična protimikrobna sredstva.
»Iskanje s pomočjo umetne inteligence nam je dalo kratek seznam kandidatov, bistveno pa je, da je veliko teh molekul delovalo v laboratoriju, dve pa sta pokazali učinek tudi v živalskem modelu okužbe. To naredi to platformo resnično uporabno,« dodaja Marcelo D. T. Torres, soavtor študije.
Prioni so morda šele začetek nove poti, ki jo je odprla umetna inteligenca. Po mnenju ekipe se podobni »šifrirani peptidi« lahko skrivajo povsod, od človeških beljakovin in izumrlih organizmov do mikrobiomov in strupov. Zdaj se odpira možnost, da vse to prečešemo z neverjetno hitrostjo.
»Dolgo je raziskovanje zdravil omejevalo ne le to, kaj lahko preizkusimo, ampak tudi to, kje iščemo rešitev,« pravi de la Fuente. »Umetna inteligenca to spreminja. Omogoča nam, da preiščemo skrite plasti biologije in preverimo, ali lahko molekule, povezane z eno zgodbo – v tem primeru z boleznijo – nosijo tudi drugo zgodbo z zdravilnim potencialom.«
