Bilim insanları, Neandertal ve yünlü mamutların soyu tükenmiş moleküllerini yeniden canlandırmanın süperböceklerle mücadelede umut verebileceğini söylüyor
Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, küresel nüfus her yıl mikrobiyal dirençle ilişkili yaklaşık 5 milyon ölümle karşı karşıya kaldığından, olası adayları belirleme aciliyeti hiç bu kadar büyük olmamıştı.
Biyomühendislik öncüsü César de la Fuente liderliğindeki bir araştırma ekibi, Neandertaller gibi soyu tükenmiş insan akrabalarından ve yünlü mamut ve dev tembel hayvan gibi uzun zaman önce ölmüş buzul çağı yaratıklarından genetik bilgi çıkarmak için yapay zeka tabanlı hesaplama yöntemleri kullanıyor.
Bilim insanları, tanımladıkları bu küçük protein veya peptit moleküllerinden bazılarının, insanlardaki enfeksiyonlarla savaşmak için yeni ilaçlara ilham verebilecek bakterilerle savaşma gücüne sahip olduğunu söylüyor. Bu yenilikçi çalışma aynı zamanda ilaç keşfi hakkında düşünmek için tamamen yeni bir yol açıyor.
Makine biyolojisi grubunun başında bulunan Pennsylvania Üniversitesi Başkanlık Yardımcı Doçenti de la Fuente, "Daha önce canlı organizmalarda bulamadığımız yeni dizileri, yeni molekül türlerini ortaya çıkarmamızı sağladı ve moleküler çeşitlilik hakkındaki düşünce şeklimizi genişletti" dedi. "Bugünkü bakteriler bu moleküllerle hiç karşılaşmadılar, bu yüzden bugün sorunlu olan patojenleri hedeflemede bize daha iyi bir fırsat verebilirler."
Bu yaklaşım birdenbire ortaya çıkmış gibi görünebilir, ancak uzmanlar küresel sağlık için ölümcül ve acil bir sorun olan mevcut ilaçlara karşı antimikrobiyal direnç sorununa bakmanın yeni yollarına şiddetle ihtiyaç duyulduğunu söylüyorlar.
"Dünya bir antibiyotik direnci kriziyle karşı karşıya. Benim görüşüm, sorunu çözmek için kara, deniz ve hava yaklaşımına ihtiyaç olduğu yönünde - ve eğer geleceğe yönelik potansiyel çözümler sağlamak için geçmişe gitmemiz gerekiyorsa, ben buna varım," diyor Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nde moleküler, hücresel ve gelişimsel biyoloji bölümünde profesör olan Michael Mahan. Kendisi araştırmada yer almadı.
Antibiyotikler ve alternatiflerinin nereden gelebileceği
Antibiyotiklerin çoğu bakteri ve mantarlardan elde edilir ve toprakta yaşayan mikroorganizmaların taranmasıyla keşfedilmiştir. Ancak son yıllarda patojenler aşırı kullanım nedeniyle bu ilaçların çoğuna karşı dirençli hale gelmiştir.
Süperböceklere karşı küresel mücadelede yer alan bilim insanları, fajlar veya bakterileri yemek için doğa tarafından yaratılan virüsler de dahil olmak üzere farklı potansiyel silahları araştırıyor.
Heyecan verici bir başka araştırma alanı da, bakteriler, mantarlar, bitkiler ve insanlar da dahil olmak üzere hayvanlar gibi birçok farklı organizma tarafından üretilen enfeksiyonla savaşan moleküller olan antimikrobiyal peptidler ya da AMP'lerdir. Mahan, AMP'lerin virüsler, bakteriler, maya ve mantarlar gibi farklı patojenlere karşı geniş bir antimikrobiyal özellik yelpazesine sahip olduğunu söyledi.
Geleneksel antibiyotiklerin çoğu bir hücredeki tek bir hedefe odaklanarak çalışırken, antimikrobiyal peptitler birçok yerde bir bakteri zarına bağlanır ve bozar, diye ekledi. Mahan'a göre, bu daha karmaşık bir mekanizmadır ve sonuç olarak ilaç direncini daha az olası hale getirebilir, ancak moleküllerin hücre zarlarını bozma potansiyeli nedeniyle toksisitenin artmasına da neden olabilir.
Bakteri bazlı bir AMP'den yapılan kolistin gibi klinik kullanımda olan birkaç peptit bazlı antibiyotik vardır. Mahan, toksik olabileceği için belirli bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için son çare olarak kullanılan bir ilaç olduğunu söyledi. LL-37 olarak bilinen bir insan AMP'si de potansiyel göstermiştir.
Diğer umut verici AMP'ler beklenmedik yerlerde bulunmuştur: çam iğneleri ve Komodo ejderinin kanı.
Bir 'Jurassic Park' anı
De la Fuente, antibiyotiklere alternatif olarak çok çeşitli peptitlerin potansiyelini değerlendirmek için son on yıldır hesaplama yöntemleri kullanıyordu. Soyu tükenmiş moleküllere bakma fikri, gişe rekorları kıran "Jurassic Park" filminden bahsedildiği bir laboratuvar beyin fırtınası sırasında ortaya çıktı.
"(Filmdeki) fikir, tüm organizmaları geri getirmekti ve açıkçası, birçok sorunları vardı" dedi. Ekibi daha uygulanabilir bir fikir üzerinde düşünmeye başladı: "Neden geçmişten molekülleri geri getirmeyelim?"
Fosillerden antik DNA elde edilmesindeki gelişmeler, soyu tükenmiş insan akrabaları ve uzun süredir kayıp olan hayvanlar hakkında ayrıntılı genetik bilgi kütüphanelerinin artık kamuya açık olduğu anlamına geliyor.
Araştırma ekibi, daha önce bilinmeyen peptidleri bulmak için, insan proteinlerinde antimikrobiyal aktiviteye sahip olabilecek parçalanmış bölgeleri tanımak üzere bir yapay zeka algoritması eğitti. Bilim insanları daha sonra bunu modern insanların (Homo sapiens), Neandertallerin (Homo neanderthalensis) ve Neandertallerle yakından ilişkili başka bir arkaik insan türü olan Denisovalıların kamuya açık protein dizilerine uyguladı.
Araştırmacılar daha sonra, daha önce tanımlanan antimikrobiyal peptitlerin özelliklerini kullanarak, yeni tanımlanan antik muadillerinden hangisinin bakterileri öldürme potansiyelinin en yüksek olduğunu tahmin etti.
Daha sonra araştırmacılar, petri kaplarında bakterileri öldürüp öldüremeyeceklerini görmek için en umut verici 69 peptidi sentezledi ve test etti. Ekip, dördü Homo sapiens'ten, biri Homo neanderthalensis'ten ve biri de Denisovalılardan olmak üzere en güçlü altı tanesini seçti ve bunları insanlarda hastane kaynaklı enfeksiyonların yaygın bir nedeni olan Acinetobacter baumannii bakterisiyle enfekte farelere verdi.
"Sanırım en heyecan verici anlardan biri, molekülleri laboratuvarda kimya kullanarak yeniden dirilttiğimiz ve sonra onları ilk kez hayata döndürdüğümüz andı. Bilimsel açıdan o anı yaşamak gerçekten çok güzeldi" diyen de la Fuente, Ağustos ayında Cell Host & Microbe adlı bilimsel dergide yayınlanan araştırma hakkında şunları söyledi
Deri apsesi geliştiren enfekte farelerde peptitler bakterileri aktif olarak öldürdü; uyluk enfeksiyonu olanlarda ise tedavi daha az etkili oldu ancak yine de bakterilerin büyümesini durdurdu.
"En iyi (peptit) Neandertallerden gelen Neanderthalien 1 dediğimiz peptitti. Fare modelinde en etkili olan da buydu," diyor de la Fuente.
De la Fuente, peptitlerin hiçbirinin "antibiyotik olarak kullanılmaya hazır" olmadığı ve üzerinde çok fazla değişiklik yapılması gerektiği konusunda uyarıda bulundu. Daha da önemlisi, ekibinin geçmişten gelen umut verici antimikrobiyal molekülleri tanımlamak için geliştirdiği çerçeve ve araçlar olduğunu söylüyor.
Gelecek yıl yayınlanması beklenen araştırmada, de la Fuente ve meslektaşları, "soyu tükenmiş" olarak tanımladığı şeyi keşfetmek için yeni bir derin öğrenme modeli geliştirdiler - ayrıntılı genetik bilgilerin mevcut olduğu 208 soyu tükenmiş organizmanın protein dizileri.
Ekip, soyu tükenmiş organizmalara özgü, daha önce bilinmeyen 11.000'den fazla potansiyel antimikrobiyal peptit buldu ve Sibirya yünlü mamutu, Steller'in deniz ineği (18. yüzyılda Arktik avcılıkla yok edilen bir deniz memelisi), 10 fit uzunluğunda (3 metre) Darwin 'in yer tembel hayvanı (Mylodon darwinii) ve dev İrlanda geyiğinden (Megaloceros giganteus) umut verici adaylar sentezledi. Keşfettikleri peptitlerin farelerde "mükemmel anti-enfektif aktivite" gösterdiğini söyledi.
"Moleküler yok oluş, geçmişten gelen moleküllerin gücünü yeniden canlandırarak ve bunlardan yararlanarak antibiyotik direnciyle mücadele etmek için eşsiz bir fırsat sunuyor" dedi.
Tuhaf ama değerli bir yaklaşım
Birleşik Krallık'taki John Innes Merkezi'nde peptit antibiyotikler üzerinde çalışan grup lideri Dr. Dmitry Ghilarov, yeni antibiyotik arayışındaki asıl darboğazın umut verici bileşiklerin eksikliği değil, ilaç şirketlerinin kararsız ve sentezlenmesi zor olabilen potansiyel peptit antibiyotikleri geliştirmesi ve klinik olarak test etmesi olduğunu söyledi. Kendisi bu araştırmada yer almadı.
"Paleo proteomlara bakmak için acil bir neden görmüyorum. Bu peptitlerin çoğuna zaten sahibiz" dedi. "Benim görüşüme göre gerçekten ihtiyacımız olan şey, altta yatan ... ilkeler hakkında derin bir anlayış: peptidi biyoaktif yapan şey, onları tasarlayabilmek."
Ghilarov, "Toksisite gibi zorluklar nedeniyle endüstri tarafından geliştirilmeyen ve takip edilmeyen bu peptit antibiyotiklerin birçoğu var" dedi.
Mayıs 2021'de yayınlanan bir makaleye göre, araştırmacılar tarafından belirlenen 10.000 umut verici bileşikten sadece bir veya iki antibiyotik ilaç ABD Gıda ve İlaç İdaresi onayına ulaştı.
Fairfax, Virginia'daki George Mason Üniversitesi Sistem Biyolojisi Okulu'nda profesör ve araştırma direktörü yardımcısı olan Dr. Monique van Hoek, moleküler yok oluş fikrinin "gerçekten ilginç bir yaklaşım" olduğunu söyledi. Her iki çalışmada da yer almadı.
Van Hoek, doğada bulunan bir peptidin - ister nesli tükenmiş olsun ister canlı bir organizmadan olsun - doğrudan yeni bir antibiyotik veya başka bir ilaca yol açmasının nadir olduğunu söyledi. Daha sık olarak, yeni bir peptidin keşfinin araştırmacılar için bir başlangıç noktası sunacağını ve daha sonra peptidin bir ilaç adayı olarak potansiyelini düzeltmek ve optimize etmek için hesaplama tekniklerini kullanabileceklerini söyledi.
Van Hoek'in araştırması şu anda Amerikan timsahında doğal olarak bulunan bir peptitten esinlenen sentetik bir peptit üzerine odaklanıyor. Peptit şu anda klinik öncesi testlerden geçiyor.
"Şimdiye kadar gerçekten iyi gidiyor. Ve bu heyecan verici çünkü yıllar boyunca üzerinde çalıştığım diğer birçok peptit şu ya da bu nedenle başarısız oldu" dedi.
Van Hoek, yeni bir antibiyotik kaynağı için timsahlara ya da soyu tükenmiş insanlara bakmanın tuhaf görünebileceğini, ancak krizin büyüklüğünün bu yaklaşımı değerli kıldığını söyledi.
De la Fuente de aynı fikirde. "İhtiyacımız olan şeyin mümkün olduğunca çok sayıda yeni ve farklı yaklaşım olduğunu düşünüyorum ve bu da nihayetinde başarılı olma şansımızı artıracaktır" dedi.
"Bence arkamıza bakarak pek çok potansiyel faydalı çözüm bulabiliriz."
Ayrıca okuyun:
- Genç Almanların yüzde 80'i sürdürülebilir besleniyor
- Korona mı yoksa grip salgını mı? Bu patojenler şu anda öksürmemize ve burnumuzu çekmemize neden oluyor
- Emil öldüğünde 16 yaşındaydı - ailesi başkalarına yardımcı olmak için intiharı hakkında konuşuyor
- Vücudunuzu kışa nasıl hazırlarsınız?
Kaynak: edition.cnn.com