بروتينات أسلاف البشر القدامى تساهم في العثور على مضادات حيوية جديدة

اكتشاف مضادات حيوية جديدة باستخدام تقنية التعلم الآلي

يريد بعض العلماء مثل أستاذ الهندسة الحيوية بجامعة بنسلفانيا "سيزار دي لا فوينتي" اكتشاف مضادات حيوية جديدة باستخدام تقنية التعلم الآلي، وبعض الأقارب القدامى جداً.

لكن الآن يواجه البشر مشكلة جديدة، ويقول دي لا فوينتي: "إننا نواجه وباءً صامت، حيث أصبحت المزيد والمزيد من البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية الموجودة".

عندما كان دي لا فوينتي طالباً في مرحلة ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، خطرت له فكرة: ماذا لو كان التعلم الآلي قادراً على تعليم الكمبيوتر كيفية الابتكار على المستوى الجزيئي؟

لقد فعل هو وفريقه ذلك بالضبط، حيث قاموا بتدريب جهاز كمبيوتر على تنفيذ خوارزمية داروين للتطور، وفي عام 2018، نشروا أول دراسة تستخدم الذكاء الاصطناعي للعثور على مضاد حيوي جديد.

ويقول: "لقد تطلب الأمر مضادات حيوية أولية لم تكن فعالة للغاية، وكان قادراً على تطويرها لتصبح أكثر فعالية"، هذه المضادات الحيوية الجديدة تمكنت من قتل البكتيريا في الفئران.

ببتيدات أسلاف البشر القدامى تعمل كمضاد حيوي فعال

بعد ذلك، استخدم دي لا فوينتي ومعاونوه هذه النماذج الحاسوبية للتنقيب في البروتينات الموجودة في جسم الإنسان، البروتيوم، بحثاً عن بروتينات صغيرة تسمى الببتيدات والتي قد تلعب دوراً في تقوية جهاز المناعة.

واكتشفوا وجود أكثر من 2500 ببتيد ذات سمات مضادة للعدوى، وتساءلوا: ماذا لو حولوا انتباههم إلى الأنواع المنقرضة في هذا البحث عن جزيئات جديدة يحتمل أن تكون مضادات حيوية؟

يقول دي لا فوينتي أن انقراض الكائنات الحية، كان الفكرة الأكثر تكراراً التي خطرت بباله، لكن بدلاً من الديناصورات، وضعوا أعينهم على أقرب أسلاف البشر: إنسان النياندرتال والدينيسوفان.

وقال دي لا فوينتي: "بدلاً من إعادة كائنات كاملة، لماذا لا نعيد فقط جزيئات من الماضي لحل مشاكل الحاضر؟"

العثور على مضاد حيوي جديد في بروتينات أسلاف البشر القدامى

يقول دي لا فوينتي إنه وفريقه فعلوا ذلك، حيث طوروا نموذج للتعلم الآلي يمكنه استخراج البيانات البروتينية والجينومية من إنسان النياندرتال والدينيسوفان، ثم يعثر النموذج على تسلسلات جينية من البشر القدامى ويتنبأ بأي منهم سيكون مرشحاً جيداً للمضادات الحيوية، ووجدوا العديد من الببتيدات التي تقتل البكتيريا بشكل فعال في التجارب، وقاموا باختبارها في نماذج حيوانية.

وقال دي لا فوينتي: "في أحد نماذج الفئران، والذي كان نموذجاً لعدوى الجلد، تمكن أحد ببتيدات النياندرتال من تقليل العدوى إلى مستويات مماثلة لمضاد حيوي قياسي يسمى بوليميكسين B".

وعلى الرغم من أن هذا الببتيد لا يمكن أن يعمل بمفرده كمضاد حيوي، إلا أن دي لا فوينتي يعتقد أنه يمكن تطويره ليصبح أفضل من أي مضاد حيوي موجود حالياً.