医学
机器学习算法在人类基因组中发现潜在的抗生素
这就像侏罗纪公园，只是用抗生素代替了恐龙。
在对抗细菌感染的永无止境的战斗中，科学家们发现了一个不太可能的盟友：早已灭绝的尼安德特人。宾夕法尼亚大学的科学家们利用我们远古亲属的古老遗传密码，挖掘出一个潜在的药物金矿——一种由尼安德特人 DNA 构建的新型抗生素。
不断进化的抗性
自青霉素问世以来，抗生素一直是我们防御细菌性疾病的基石。然而，细菌是狡猾的对手，它们对我们的药物产生了抗性，从而加剧了一场生物军备竞赛。美国疾病控制与预防中心 (CDC) 警告称，由于抗生素的滥用，一个迫在眉睫的后抗生素时代即将到来，这一严峻的现实凸显了这一点。
根据 2022 年发表的一项系统分析，仅在 2019 年，估计就有 130 万人死于直接归因于抗菌药物耐药性，其中大多数发生在撒哈拉以南非洲和亚洲。
世界卫生组织 (WHO) 的一份报告显示，目前超过一半的医院血流感染责任菌——特别是肺炎克雷伯菌和不动杆菌属——对多种药物产生耐药性。这些感染尤其严重，通常需要使用最有效的抗生素碳青霉烯类药物进行治疗。令人担忧的是，该研究发现，8% 的由肺炎克雷伯菌引起的血液感染甚至对这些强效药物没有反应。
即使是传统上用抗生素常规治疗的常见细菌感染，也表现出令人担忧的耐药性水平。淋病奈瑟菌是引起众所周知的性传播感染淋病的细菌，已对环丙沙星产生耐药性，环丙沙星是一种口服抗生素，在 60% 以上的病例中被普遍使用。此外，通常是尿路感染罪魁祸首的大肠杆菌也变得惊人地具有抵抗力。
超过 20% 的大肠杆菌病例不仅对一线抗生素(阿莫西林和甲氧苄啶-磺胺甲恶唑)产生耐药性，而且对二线防御药物氟喹诺酮类药物也产生耐药性，氟喹诺酮类药物通常用于治疗更难治愈的病例。
抗生素耐药性感染威胁要增加死亡率，因此寻找新的抗生素比以往任何时候都更加重要。考虑到这种紧迫性，一些科学家求助于人工智能 (AI) 寻求帮助。从本质上讲，他们使用机器学习算法来搜索人类基因组，筛选数千种蛋白质，以识别那些能够抵抗感染的蛋白质。这些小分子或肽构成了我们免疫系统防御的第一道防线。
宾夕法尼亚大学的研究人员使用这种方法，在人类 DNA 中发现了 2500 多种抗菌肽。其中一些可以重新用于新的药物，这些药物甚至可以杀死目前对我们的抗生素没有反应的最顽固的细菌。
但是寻宝之旅并没有就此止步。研究结果让每个人都在思考：在我们灭绝的亲属的基因组中，潜伏着哪些可以杀死细菌的肽？因此，研究人员将相同的 AI 模型 (panCleave) 应用于尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组。这导致了恰如其名的新尼安德特肽-1 的发现，新尼安德特肽-1 是一种使用精细技术合成，按顺序连接氨基酸的肽。
当研究人员合成新尼安德特肽-1 并将其用于小鼠的皮肤感染时，它发挥了作用。这种基于尼安德特人的药物与现代抗生素多粘菌素 B 的疗效不相上下。
“这是全新的。我们提出了“分子去灭绝”这个术语，这是第一篇描述它的同行评审论文，”该研究的合著者塞萨尔·德拉富恩特告诉 Vox。“所以这对我们来说非常令人兴奋。”
该研究深刻地提醒我们，生命在时间长河中是相互联系的，新尼安德特肽-1 肽作为我们远古亲属的礼物而出现。虽然还没有成为临床现实，但这里的潜力是惊人的。
然而，必须指出的是，这项研究还处于早期阶段。新尼安德特肽-1 在人体内的疗效还有待确定。同样令人担忧的是，病原体可能仍会迅速对源自古代 DNA 的药物产生耐药性。
尽管如此，这些发现代表着迈向创新抗生素的重要一步，说明了古代遗传洞察力与现代人工智能技术的融合。随着随着算法的改进和肽合成的进展，人们对新类别抗生素的希望变得更加具体。
本文译自 zmescience，由 BALI 编辑发布。