В год Змеи ИИ научился создавать противоядия от укусов хладнокровных

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно от змеиных укусов умирает более ста тысяч человек, а сотни тысяч других остаются инвалидами на всю жизнь. Однако есть надежда на то, что новые научные достижения, основанные на передовых технологиях, помогут решить эту проблему.

ИИ создал два противоядных белка

Ученые успешно разработали два белка, которые нейтрализуют некоторые из наиболее опасных токсинов, содержащихся в яде. Для этого они использовали инструменты искусственного интеллекта.

Исследование, опубликованное 15 января в журнале Nature, показало, что эти белки, созданные с нуля и не существующие в природе, на 100% защитили мышей от смерти при смешивании с ядовитыми соединениями змей и введении в лабораторных условиях.

— Я думаю, что мы могли бы совершить прорыв в лечении укусов змей. Это исследование, конечно, не решает проблему полностью, но оно показывает, что мы можем разрабатывать молекулы очень быстро по сравнению с традиционными методами — и это работает, — говорит Сусана Васкес Торрес, ведущий автор исследования и биохимик, которая провела это исследование в рамках своей докторской диссертации в лаборатории Дэвида Бейкера в Вашингтонском университете.

Она добавляет, что эта стратегия может привести к созданию более доступных, безопасных и эффективных средств, чем те, что существуют сейчас.

Джозеф Джардин, доцент кафедры иммунологии и микробиологии в Исследовательском институте Скриппса не участвовал в новом исследовании, но ранее опубликовал исследование по разработке синтетических противоядий для тех же видов соединений. По его словам, это новое исследование является одновременно демонстрацией того, как далеко продвинулся дизайн белков за последние годы благодаря быстрому развитию искусственного интеллекта, а также захватывающим практическим достижением в медицине.

Несмотря на то, что укусы змей могут привести к серьезным последствиям, лечение от отравления ядом не менялось уже более ста лет. Оно основано на использовании антител, полученных от лошадей или других животных, которым вводили нелетальные дозы яда. Эти противоядия спасают жизни, но у них есть серьезные недостатки.

Недостатки лечения последствий укусов змей

Во-первых, они дорогие и сложные в изготовлении, так как для их производства необходимо содержать животных в стойлах. Кроме того, они различаются по качеству, так как использование несовершенных иммунных систем дает неравномерные результаты, а противоядия, как правило, лучше действуют против одних токсинов, чем против других, лишь частично нейтрализуя мельчайшие компоненты сложного коктейля, которым является яд, и плохо справляясь с укусами некоторых видов. Они могут вызывать аллергические реакции и другие побочные эффекты у получателей. Кроме того, поскольку это биологический продукт, традиционные противоядия очень чувствительны к температуре и требуют хранения и транспортировки в холодильнике, что увеличивает их стоимость и делает их менее доступными. В сельских районах стран Глобального Юга, где укусы змей особенно распространены, получить лечение особенно сложно.

В отличие от них, недавно разработанные белки стабильны в гораздо более широком диапазоне температур, потенциально могут производиться в больших объемах с использованием таких микроорганизмов, как дрожжи, могут вызывать меньше побочных эффектов, и их будет проще настраивать и поддерживать в стабильном состоянии.

— Эти небольшие белки, созданные de novo, обладают рядом действительно интересных преимуществ, включая термическую стабильность, стоимость производства и тот факт, что они могут воздействовать на что-то так, как не могут антитела. Однажды такой продукт может быть представлен в виде «устройства, похожего на EpiPen», которое будет легкодоступно в полевых условиях, где оно больше всего нужно, — объясняет Джардин.

Из чего состоит змеиный яд

Змеиный яд состоит из множества различных токсинов, смешанных вместе. Васкес Торрес и ее коллеги сосредоточили свою работу на трехпальцевых токсинах (3FTx) — смертельных соединениях, против которых традиционные противоядия часто неэффективны. 3FTx особенно распространены в яде аспидов — семейства змей, в которое входят кобры, мамбы и коралловые аспиды. Эти токсины (сами по себе белки) наносят вред организму млекопитающих. Некоторые из них являются парализующими нейротоксинами, другие разрушают клетки и повреждают ткани.

Поиск белков противоядия

Исследователи разработали белки-противоядия для борьбы с тремя типами токсинов: короткоцепочечным и длинноцепочечным альфа-нейротоксинами и цитотоксином. Используя информацию об их структуре, они применили искусственный интеллект RoseTTAFold diffusion для создания моделей белковых структур, и AI ProteinMPNN для формирования аминокислотных последовательностей. AlphaFold2 предсказал их сворачивания. Эксперты отфильтровали неудачные варианты, а лучшие аминокислотные цепочки были преобразованы в ДНК и использованы для извлечения белков в модифицированных бактериях.

При тестировании на клетках и мышах два антинейротоксических белка продемонстрировали высокую эффективность: один из них спас 100% мышей даже при позднем введении, второй также показал хорошие результаты. Однако антициитоксический кандидат не показал эффективных результатов и был снят с испытаний. Несмотря на успешные тесты, необходимо провести дополнительные исследования для проверки безопасности белков перед их использованием на людях. Исследование было завершено всего за год с использованием ИИ, что подчеркивает его потенциал в ускорении научных открытий.

— Нам нужно доказать, что эти молекулы безопасны. Нам нужно по-настоящему понять их механизмы. Пройдут годы прежде чем на рынке появится какое-либо синтетическое противоядие, — говорит Васкес Торрес.

Ранее мы писали, что в Остине (США) действует сеть чартерных школ, которые предоставляют ученикам с 1-го по 12-й класс возможность обучения с применением технологий искусственного интеллекта. О замене учителей искусственным интеллектом читайте в материале 56orb.