Mësimi i makinerisë zbulon mënyra të reja për të vrarë bakteret me ilaçe jo-antibiotike: ScienceAlert

Historia njerëzore u ndryshua përgjithmonë me zbulimi i antibiotikëve në vitin 1928. Sëmundjet infektive si p.sh pneumonituberkulozi dhe sepsa ishin të përhapura dhe vdekjeprurëse derisa penicilina i bëri ato të trajtueshme.

Procedurat kirurgjikale që dikur vinin me një rrezik të lartë infeksioni u bënë më të sigurta dhe më rutinë. Antibiotikët shënuan një moment triumfues në shkencë që transformoi praktikën mjekësore dhe shpëtoi jetë të panumërta.

Por antibiotikët kanë një paralajmërim të natyrshëm: kur mbipërdoren, bakteret mund të zhvillojnë rezistencë ndaj këtyre barnave. Të Organizata Botërore e Shëndetësisë vlerësoi se këto superbaktere shkaktuan 1.27 milionë vdekje në mbarë botën në vitin 2019 dhe ka të ngjarë të bëhet një kërcënim në rritje për shëndetin publik global në vitet e ardhshme.

Zbulimet e reja po i ndihmojnë shkencëtarët të përballen me këtë sfidë në mënyra inovative. Studimet kanë gjetur se gati një e katërta i barnave që normalisht nuk përshkruhen si antibiotikë, siç janë medikamentet që përdoren për të trajtuar kanceri, diabetit dhe depresionimund të vrasin bakteret në doza të përshkruara zakonisht për njerëzit.

Kuptimi i mekanizmave që qëndrojnë në themel të mënyrës se si barna të caktuara janë toksike për bakteret mund të ketë implikime të gjera për mjekësinë. Nëse barnat jo-antibiotikë synojnë bakteret në mënyra të ndryshme nga antibiotikët standardë, ato mund të shërbejnë si udhërrëfyes në zhvillimin e antibiotikëve të rinj.

Por nëse jo-antibiotikët vrasin bakteret në mënyra të ngjashme me antibiotikët e njohur, përdorimi i tyre i zgjatur, si për shembull në trajtimin e sëmundjeve kronike, mund të nxisë pa dashje rezistencën ndaj antibiotikëve.

Në tonë hulumtim i publikuar së fundmikolegët e mi dhe unë zhvilluam një të re mësimi i makinës metodë që jo vetëm identifikoi se si jo-antibiotikët vrasin bakteret, por gjithashtu mund të ndihmojnë në gjetjen e objektivave të reja bakteriale për antibiotikët.

Mënyra të reja për të vrarë bakteret

Shkencëtarë dhe mjekë të shumtë në mbarë botën po trajtojnë problemin e rezistencës ndaj ilaçeve, duke me përfshirë mua dhe kolegët e mi në Mitchell Lab në Shkollën Mjekësore UMass Chan. Ne përdorim gjenetikën e baktereve për të studiuar se cilat mutacione i bëjnë bakteret më rezistente ose më të ndjeshme ndaj ilaçeve.

Kur ekipi im dhe unë mësuam për aktivitetin e përhapur antibakterial të jo-antibiotikëve, ne u konsumuam nga sfida që ai paraqiste: të kuptonim se si këto ilaçe vrasin bakteret.

Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, përdora një teknikë të shqyrtimit gjenetik që kolegët e mi zhvilluan së fundmi për të studiuar se si barnat antikancerogjene synojnë bakteret. Kjo metodë identifikon se cilat gjene specifike dhe procese qelizore ndryshojnë kur bakteret ndryshojnë. Monitorimi se si këto ndryshime ndikojnë në mbijetesën e baktereve i lejon studiuesit të konkludojnë mekanizmat që përdorin këto barna për të vrarë bakteret.

Unë mblodha dhe analizova pothuajse 2 milionë raste të toksicitetit midis 200 ilaçeve dhe mijëra baktereve mutante. Duke përdorur një algoritëm të mësimit të makinerive që kam zhvilluar për të nxjerrin ngjashmëritë ndërmjet barnave të ndryshmei grupova barnat së bashku në një rrjet bazuar në mënyrën se si ato ndikuan tek bakteret mutante.

Hartat e mia tregonin qartë se antibiotikët e njohur ishin të grupuara fort së bashku nga klasat e tyre të njohura të mekanizmave të vrasjes. Për shembull, të gjithë antibiotikët që synojnë murin qelizor – shtresa e trashë mbrojtëse që rrethon qelizat bakteriale – u grupuan së bashku dhe u ndanë mirë nga antibiotikët që ndërhyjnë në replikimin e ADN-së së baktereve.

Në mënyrë intriguese, kur shtova ilaçe jo-antibiotike në analizën time, ato formuan qendra të veçanta nga antibiotikët. Kjo tregon se ilaçet jo-antibiotike dhe antibiotike kanë mënyra të ndryshme për të vrarë qelizat bakteriale. Ndërsa këto grupime nuk zbulojnë se si çdo ilaç vret në mënyrë specifike antibiotikët, ato tregojnë se ato të grumbulluara së bashku ka të ngjarë të funksionojnë në mënyra të ngjashme.

Pjesa e fundit e enigmës – nëse mund të gjenim objektiva të rinj droge te bakteret për t’i vrarë ato – erdhi nga hulumtimi i kolegut tim. Carmen Li.

Ajo rriti qindra breza bakteresh që u ekspozuan ndaj barnave të ndryshme jo-antibiotike të përshkruara normalisht për të trajtuar ankthin, infeksionet e parazitëve dhe kancerin.

Sekuenca e gjenomave të baktereve që evoluan dhe u përshtatën me praninë e këtyre barnave na lejoi të përcaktonim me saktësi proteinën specifike bakteriale që triklabendazol – një ilaç që përdoret për të trajtuar infeksionet e parazitëve – synon të vrasë bakteret. E rëndësishmja, antibiotikët aktualë zakonisht nuk synojnë këtë proteinë.

Për më tepër, ne zbuluam se dy jo-antibiotikë të tjerë që përdorën një mekanizëm të ngjashëm si triklabendazoli gjithashtu synojnë të njëjtën proteinë. Kjo tregoi fuqinë e hartave të mia të ngjashmërisë së drogës për të identifikuar barnat me mekanizma të ngjashëm vrasësi, edhe kur ai mekanizëm ishte ende i panjohur.

Ndihmon në zbulimin e antibiotikëve

Gjetjet tona hapin mundësi të shumta për studiuesit që të studiojnë se si ilaçet jo-antibiotike funksionojnë ndryshe nga antibiotikët standardë. Metoda jonë e hartës dhe testimit të barnave ka gjithashtu potencialin për të adresuar një pengesë kritike në zhvillimin e antibiotikëve.

Kërkimi për antibiotikë të rinj zakonisht përfshin fundosjen e burimeve të konsiderueshme ekzaminimi i mijëra kimikateve që vrasin bakteret dhe duke kuptuar se si funksionojnë ato. Shumica e këtyre kimikateve zbulohet se funksionojnë në mënyrë të ngjashme me antibiotikët ekzistues dhe hidhen poshtë.

Puna jonë tregon se kombinimi i shqyrtimit gjenetik me mësimin e makinerive mund të ndihmojë në zbulimin e gjilpërës kimike në kashtë që mund të vrasë bakteret në mënyra që studiuesit nuk i kanë përdorur më parë.

Ka mënyra të ndryshme për të vrarë bakteret që nuk i kemi shfrytëzuar ende, dhe ka ende rrugë që mund të marrim për të luftuar kërcënimin e infeksioneve bakteriale dhe rezistencën ndaj antibiotikëve.

Mariana Noto Guillen, Ph.D. Kandidat në Biologji Sistemesh, Shkolla Mjekësore UMass Chan

Ky artikull është ribotuar nga Biseda nën një licencë Creative Commons. Lexoni artikull origjinal.