Prióny sú nepríjemné, zvláštne a spravidla aj znepokojujúce infekčné činitele, ktoré spôsobujú naozaj desivé ochorenia. Mohli by však poskytnúť nový nástroj v boji proti antibiotickej rezistencii? Vedci pomocou umelej inteligencie identifikovali stovky peptidov ukrytých v štruktúre priónov, ktoré podľa všetkého majú silné antimikrobiálne účinky.
Prióny sú poškodené, nesprávne poskladané bielkoviny, ktoré nútia aj normálne bielkoviny, aby sa poskladali nesprávne. Možno si ich predstaviť ako zhnité jablká v košíku, od ktorých postupne zhnije aj okolité ovocie, až sa pokazí celý obsah. Tento proces umožňuje priónom pôsobiť v živočíšnych organizmoch ako infekčné patogény, hoci nie sú živé a na rozdiel od baktérií či vírusov neobsahujú genetický materiál. Môžu pritom vyvolať smrteľné neurodegeneratívne ochorenia.
Vo väčšine prípadov dochádza k nesprávnemu poskladaniu bielkoviny spontánne, no priónmi sa možno nakaziť aj pri blízkom kontakte s materiálom, ktorý ich obsahuje, napríklad konzumáciou tkaniva infikovaných zvierat. Dobrou správou je, že sa to stáva mimoriadne zriedkavo. Zlou správou však je, že prióny nie sú živé organizmy, a preto ich nemožno zničiť ani inaktivovať bežnými sterilizačnými postupmi, ako je varenie či sterilizácia v autokláve. Priónové ochorenia, napríklad Creutzfeldtova-Jakobova choroba, sú tak prakticky nevyliečiteľné.
Práve preto by sme sotva čakali, že by mohli ponúknuť nové možnosti pri hľadaní liekov. Prióny sú však v zásade bielkoviny a tie sa skladajú z aminokyselín, ktoré sa spájajú do krátkych reťazcov nazývaných peptidy. Niektoré peptidy môžu mať po izolovaní antimikrobiálne účinky. Problémom je obrovské množstvo peptidov, ktoré prichádzajú do úvahy, a náročnosť preverovania miliónov takýchto fragmentov. Našťastie práve takéto úlohy umelej inteligencii veľmi dobre idú – a má oveľa viac trpezlivosti než človek.
V novej štúdii vedci použili systém strojového učenia APEX na analýzu 19,3 milióna krátkych peptidových fragmentov z 2.897 priónov a bielkovín podobných priónom. Pochádzali od ľudí, myší, kráv, rypošov a mnohých ďalších živočíchov. V tejto vzorke identifikovali 1.179 potenciálnych antimikrobiálnych peptidov, ktoré pomenovali „prioníny“.
„Táto práca mení náš pohľad na to, kde sa môžu ukrývať antibiotiká,“ uviedol César de la Fuente, výskumník z Pensylvánskej univerzity a hlavný autor štúdie, ktorá opisuje tieto výsledky. „Prióny sa doteraz skúmali takmer výlučne v súvislosti s chorobami, no umelá inteligencia nám umožnila položiť si inú otázku: kódujú tieto bielkoviny aj užitočné molekulárne fragmenty? Zdá sa, že odpoveď je áno.“
Vedci vybrali 75 najsľubnejších peptidov a otestovali ich účinky proti 11 rôznym baktériám vrátane kmeňov odolných voči liekom. Najmenej 59 z nich potlačilo aspoň jeden bakteriálny patogén, pričom 42 malo silný účinok aj pri nízkych koncentráciách. Zistili, že prioníny pôsobia narúšaním bakteriálnych membrán, podobne ako bežné antimikrobiálne látky.
„Vyhľadávanie pomocou umelej inteligencie nám poskytlo užší zoznam kandidátov. Podstatné však je, že mnohé z týchto molekúl fungovali v laboratóriu a dve preukázali účinok aj na zvieracom modeli infekcie. Práve preto je táto platforma naozaj užitočná,“ dodal Marcelo D. T. Torres, spoluautor štúdie.
Prióny sú možno len začiatkom novej cesty, ktorú otvorila umelá inteligencia. Podľa vedcov by sa podobné „zašifrované peptidy“ mohli ukrývať všade – od ľudských bielkovín a vyhynutých organizmov až po mikrobiómy a jedy. Teraz sa otvára možnosť preskúmať to všetko neuveriteľnou rýchlosťou.
„Výskum liekov dlho neobmedzovalo len to, čo dokážeme otestovať, ale aj to, kde hľadáme riešenie,“ hovorí de la Fuente. „Umelá inteligencia to mení. Umožňuje nám preskúmať skryté vrstvy biológie a zistiť, či molekuly spojené s určitým príbehom – v tomto prípade s chorobou – nemôžu v sebe niesť aj iný príbeh s terapeutickým potenciálom.“
