„In 10 bis 20 Jahren werden wir an antibiotikaresistenten bakteriellen Infektionen sterben“, sagt die Genetikerin Edith Heard. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) warnt seit Jahren vor der Plage von Mikroorganismen, die sich bestehenden Medikamenten entziehen und jedes Jahr weltweit 10 Millionen Menschen töten werden, mehr als diejenigen, die an Krebs sterben. In diesem Kampf gigantischen Ausmaßes wird César de la Fuente, Prinzessin von Girona, für wissenschaftliche Forschung ausgezeichnet und Professor für Bioingenieurwesen an der University of Pennsylvania (USA). Ihre Waffen sind künstliche Intelligenz und die Erfahrung Ihres Forschungsteams, Maschinenbiologie, das in der Lage ist, Tausende von Molekülen mit antibakteriellem Potenzial nachzuweisen. Sie suchen sie in natürlichen Verbindungen wie Wespengift oder in der allgemeinen Proteinkarte des Körpers. Und jetzt bei unseren Neandertaler- und Denisova-Vorfahren, die dazu dienten, mit der Zeit verlorene Moleküle „wiederzubeleben“. Ein weiser Mann in seiner Entwicklung.
Im Körper gibt es mehr Bakterienzellen als menschliche Zellen. Zu den wichtigsten Fähigkeiten von Bakterien, den am häufigsten vorkommenden Organismen auf dem Planeten, die von der Bildung von Zahnbelag bis zur Aufrechterhaltung der Fruchtbarkeit der Erde reichen, gehört ihre Fähigkeit, Resistenzen gegen Antibiotika zu entwickeln. Und auf diese Weise zu einer Bedrohung für Millionen von Menschen werden.
Das Team von De la Fuente sucht nach Verbindungen, um dieser Herausforderung zu begegnen. Dies geschah im Proteom, dem vollständigen Satz von Proteinen im Körper, wo 2.603 Peptide (Moleküle aus Aminosäuren) entdeckt wurden, deren biologische Funktionen nichts mit dem Immunsystem zu tun haben, die jedoch antiinfektiöse Wirkung haben Aktivität.
De la Fuente, ein 37-Jähriger aus A Coruña, der in die Liste der 50 am häufigsten ausgezeichneten Spanier aufgenommen und von der American Chemical Society und dem Massachusetts Institute of Technology als einer der besten Forscher ausgezeichnet wurde, erklärt, wie ihnen aufgefallen ist, was er nennt Aussterben, die Wiederherstellung von Verbindungen aus der Vergangenheit, die nicht mehr existieren. „Wir hatten einen Algorithmus entwickelt, um das menschliche Proteom als Quelle für Antibiotika zu erforschen, und wir fanden viele dieser Sequenzen, die wir verschlüsselte Peptide nennen. Dies ließ uns vermuten, dass diese Sequenzen im Laufe der Evolution entstanden sind und eine Rolle im Immunsystem spielen, um uns gegen eindringende oder infektiöse Erreger wie Bakterien zu verteidigen“, erklärt der Wissenschaftler. „Deshalb haben wir beschlossen, das Proteom unserer nächsten Vorfahren, der Neandertaler und der Denisova-Menschen, zu untersuchen“, fügt er hinzu.
Das Basisproteom wurde dank der Forschung an der DNA der Vorfahren veröffentlicht, die letztes Jahr mit der Verleihung des Nobelpreises an Svante Pääbo für die Enthüllung der Genetik ausgestorbener Menschen gipfelte. „Was wir getan haben“, führt der spanische Forscher aus, „war, einen Algorithmus zu entwickeln, um diese Daten, diese menschlichen Proteome, zu untersuchen, um zu sehen, ob wir in den Proteinen kodierte Antibiotika finden könnten.“
De la Fuente erklärt, dass es sich um eine inspirierte Idee handelt Jurassic Park. „Das Konzept des Films bestand darin, ganze Organismen wieder zum Leben zu erwecken: Dinosaurier. Aber das bringt viele ethische, ökologische und technische Probleme mit sich. Heute verfügen wir nicht über genügend genomische Informationen, um einen Dinosaurier wieder zum Leben zu erwecken. Wir haben das Konzept der molekularen Auslöschung entwickelt: Anstelle eines ganzen Organismus versuchen wir, Moleküle aus der Vergangenheit wieder zum Leben zu erwecken, um die Probleme der Gegenwart, wie etwa die Antibiotikaresistenz, zu lösen.“
Wir haben das Konzept der molekularen Auslöschung entwickelt: Anstelle eines ganzen Organismus versuchen wir, Moleküle aus der Vergangenheit wieder zum Leben zu erwecken, um die Probleme der Gegenwart zu lösen.
César de la Fuente, Biotechnologe an der University of Pennsylvania
Die Studie, veröffentlicht in Zellwirt und Mikrobe und überprüft von Naturnutzt genomische und proteomische Informationen aus mitochondrialer DNA, um mithilfe des vom Team entwickelten Algorithmus und unter Einsatz künstlicher Intelligenz Moleküle zu finden, die potenzielle Antibiotika sein könnten.
„Der faszinierendste Moment“, sagt De la Fuente, „war, als wir das gemacht haben Auferstehung dieser Moleküle mithilfe einer Methode namens chemische Festphasensynthese. „Anhand des Codes, den uns der Computer für Aminosäuren mit antibiotischer Wirkung gibt, veranlassen wir die Maschinen, sie chemisch zu synthetisieren“, fügt er hinzu.
Die experimentelle Bestätigung erfolgte, als sie ihre wiederauferstandenen Moleküle (vier Peptide von Homo Sapienseiner von Homo neanderthalensis und ein Denisovan) in Petrischalen (Laborbehälter) und bei von dem Bakterium befallenen Mäusen Acinetobacter baumannii, eine häufige Ursache für Krankenhausinfektionen. Alle sechs zeigten in unterschiedlichem Ausmaß positive Wirkungen, einige davon mit einer Wirksamkeit, die der Wirksamkeit herkömmlicher Antibiotika ähnelte.
„Die verwendeten Dosen waren extrem hoch, aber die Idee ist interessant“, qualifiziert er sich Natur Nathanael Gray, ein chemischer Biologe an der Stanford University in Kalifornien, der nichts mit der Forschung zu tun hat. Gray bezweifelt eine unmittelbare Auswirkung ausgestorbener Verbindungen auf die Arzneimittelentwicklung.
De la Fuente glaubt jedoch, dass das Ziel der Forschung nicht nur darin besteht, neue Antibiotika zu finden, sondern „eine neue Denkweise darüber zu entwickeln, wie man mithilfe von Informationen aus ausgestorbenen Organismen neue Moleküle entdecken kann“. „Die molekulare Auslöschung kann uns helfen, neue Räume zu erschließen, die wir zuvor noch nicht erforscht haben, und das bedeutet, dass wir vielleicht eine Biologie unserer Vorfahren finden können, mit der wir mehr über uns selbst und über das Potenzial einiger Moleküle erfahren können“, sagte er fügt hinzu.
Euan Ashley, Experte für Genomik und Präzisionsgesundheit an der Stanford University in Kalifornien, stimmt zu: „Das Eintauchen in das archaische menschliche Genom ist ein interessanter und potenziell nützlicher Ansatz.“
Das spanische Forscherteam taucht seit einem halben Jahrzehnt dort, wo sie glauben, eine neue grundlegende Waffe für die menschliche Gesundheit zu finden: in der Vergangenheit und in der Gegenwart, im Menschen oder in anderen Bereichen der Natur. Ein Beispiel ist die Entdeckung potenziell nützlichen biologischen Materials im Gift der einsamen Wespe. Eumenes zwinkerte eine Studie veröffentlicht in Zellberichte Physikalische Wissenschaft.
„Gifte sind eine sehr wenig erforschte Quelle potenzieller Medikamente oder Moleküle mit interessanten Funktionalitäten. Wir untersuchen seit einigen Jahren verschiedene Gifte, um sie neu zu programmieren und die Toxizität zu beseitigen oder zu eliminieren, um ihre antibiotische Wirkung zu nutzen“, erklärt De la Fuente.
Der Schlüssel liegt in der Kombination von Werkzeugen der künstlichen Intelligenz mit biotechnologischer Robotik und der Erfahrung und dem Wissen der Gruppe Maschinenbiologie. „Vor fünf Jahren“, fügt der Wissenschaftler hinzu, „betrug die durchschnittliche Zeit bis zur Entdeckung eines Antibiotikums drei bis sechs Jahre.“ Jetzt können wir in Stunden oder Tagen Tausende entdecken.“
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