Czym są peptydy przeciwdrobnoustrojowe i jak AI może pomóc w ich tworzeniu?
Antimicrobial peptides – AMP to wytwarzane przez ludzi i wiele gatunków zwierząt krótkie białka, których zadaniem jest ochrona organizmów przed patogenami. Naukowcy od ponad stu lat badają peptydy AMP, ponieważ bakterie bardzo powoli nabywają na nie odporność. Do tej pory jednak żaden spośród badanych tysięcy AMP nie okazał się skuteczniejszy od antybiotyku. W ostatnim czasie w ramach badań zastosowano modele sztucznej inteligencji. Zespół dr hab. Ewy Szczurek, prof. ucz. z Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki Uniwersytetu Warszawskiego wypracował algorytm HydrAMP. Na dużym zbiorze ciągów aminokwasów HydrAMP uczy się, które sekwencje kodują aktywny, pożądany do walki z bakteriami peptyd, a które są po prostu losowym ciągiem aminokwasów.
– Nasz algorytm potrafi generować nowe peptydy przeciwbakteryjne. Ma też zdolność „poprawy” istniejących peptydów tak, aby zyskały aktywność przeciwbakteryjną poprzez zmiany w sekwencji aminokwasów – wyjaśnia badaczka.
W ten sposób sztuczna inteligencja potrafi wygenerować sekwencje peptydu o wysokich parametrach i zaproponować poprawkę do sekwencji mało aktywnego peptydu.
Nowe peptydy i ich zastosowanie potwierdzone w laboratorium
Wielką zaletą niektórych AMP jest to, że potrafią zwalczać naprawdę groźne i lekooporne bakterie. Każdy nowo odkryty peptyd daje nadzieję na skuteczną walkę nawet z takimi bakteriami, jak gronkowiec złocisty. Działanie AMP zaproponowanych przez HydrAMPa peptydów zweryfikowane zostało najpierw poprzez symulacje dynamiki molekularnej, we współpracy z zespołem dr. hab. Piotra Setnego z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego (CeNT UW). Jednak teoretyczne i komputerowe symulacje nie mogą pozostać niesprawdzone w laboratorium. Peptydy zostały otrzymane oraz przebadane w laboratorium Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Eksperymenty przeprowadzone przez zespół prof. dr. hab. n. farm. Wojciecha Kamysza potwierdziły, że HydrAMP poprawił peptyd całkowicie nieaktywny do peptydu o bardzo obiecującym profilu aktywności, nie czyniąc go jednocześnie toksycznym. Jest to pierwszy taki model, który potrafi zmienić sekwencję peptydu, prowadząc do zwiększenia skuteczności przeciwbakteryjnej.
– Analiza w laboratorium prof. Kamysza wykazała działanie niektórych naszych peptydów na szczepy gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus), dwa szczepy E.coli czy jedne z najczęstszych źródeł zakażeń wewnątrzszpitalnych: Acinetobacter baumannii i pałeczki ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa) – wylicza prof. Szczurek.
Dzięki algorytmowi HydrAMP badacze odkryli w sumie piętnaście nowych peptydów, wykazujących dużą aktywność bakteriobójczą, jeden z nich nosi nazwę Varsavian.
