AI hledá nová antibiotika ve zvířecích jedech

Skrytý poklad

Zvířecí jedy tvoří podle slov autorů studie zveřejněné v Nature Communications obrovský a z velké části nevyužitý rezervoár bioaktivních molekul s antimikrobiálním potenciálem. Jsou bohaté na bioaktivní peptidy a proteiny, které vykazují různé účinky, včetně těch antibakteriálních. Mnoho jedových peptidů narušuje buněčné membrány, což bakteriím ztěžuje vývoj rezistence.

Kromě toho tyto peptidy často vykazují širokospektrou aktivitu proti grampozitivním i gramnegativním bakteriím, proto jsou vhodnou volbou pro boj s multirezistentními patogeny. Podle jednoho z autorů studie Césara de la Fuente jsou jedy evoluční mistrovská díla, jejichž antimikrobiální síla je však zatím téměř neprozkoumána.

Zlatý střed

Už jiné studie naznačily, že antimikrobiální látky na bázi peptidů představují atraktivní alternativu jak k tradičním antibiotikům, tak k léčivům na bázi bílkovin. Antibiotika s malými molekulami jsou sice vysoce účinná, ale je u nich riziko rychlého vývoje rezistence.

Proteiny mohou dosáhnout větší specificity, ale trpí zase jinými problémy, například souvisejícími se stabilitou či biologickou dostupností. Antimikrobiální peptidy, včetně těch odvozených z jedů, by mohly být zlatou střední cestou, protože kombinují silné antimikrobiální účinky se strukturální flexibilitou a modifikovatelností.

Využití systému APEX

Vědci z University v Pennsylvánii využili systém hlubokého učení nazvaný APEX. Ten podle autorů studie umožňuje skenovat obrovský chemický prostor během několika hodin a identifikovat peptidy s výjimečným potenciálem pro boj s nejodolnějšími patogeny na světě. To snižuje závislost na biochemických testech náročných na zdroje.

S pomocí tohoto systému vědci prozkoumali přes 16 000 jedových proteinů, například hadů, štírů, pavouků a dalších organismů a vygenerovali více než 40 milionů potenciálních peptidů odvozených z jedu. Jde o drobné proteiny vyvinuté zvířaty pro útok nebo jako obranný mechanismus. Během velmi krátké doby algoritmus označil 386 sloučenin s molekulárními znaky antibiotik nové generace.

Z ještě užšího výběru navrženého AI tým odborníků syntetizoval 58 jedových peptidů pro laboratorní testování. 53 z nich prokázalo účinnost proti bakteriím rezistentním na nyní dostupné léky včetně Escherichia coli a Staphylococcus aureus. Dávky, které byly použité, byly navíc neškodné pro lidské červené krvinky.

Řešení budoucnosti

Spojením výpočetní analýzy s rychlou laboratorní validací provedli vědci jeden z dosud nejkomplexnějších výzkumů antibiotik odvozených z jedů. Podle autorů podporují výsledky studie hypotézu, že peptidy odvozené z jedu si nejen zachovávají svou antimikrobiální funkci, když jsou získávány ze svých mateřských toxinů, ale mohou sloužit také jako matrice pro budoucí léky založené právě na peptidech.

(hno)

Zdroje:

1. Guan Ch., Torres M. D. T., Li S. et al. Computational exploration of global venoms for antimicrobial discovery with Venomics artificial intelligence. Nat Commun. 2025 Jul 12;16 (1): 6446, doi: 10.1038/s41467-025-60051-6. 

2. Murray C. J. L., Ikuta K. S., Sharara F. et al. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet 2022 Feb 12; 399 (10325): 629–655, doi: 10.1016/S0140-6736(21)02724-0.

3. Magana M., Pushpanathan M., Santos A. L. et al. The value of antimicrobial peptides in the age of resistence. Lancet Infect Dis. 2020 Sep; 20 (9): e216–e230, doi: 10.1016/S1473-3099(20)30327-3.

4. de la Fuente-Nunez C., Torres M. D., Mojica, F. J. et al. Next-generation precision antimicrobials: towards personalized treatment of infectious diseases. Curr Opin Microbiol 2017 Jun 37 : 95–102, doi: 10.1016/j.mib.2017.05.014.

5. Ciulla M. G., Civera M., Sattin S. et al. Nature-inspired and medicinally relevant short peptides. Explor. Drug Sci, doi: 10.37349/eds.2023.00011.

6. Wang L., Wang N., Zhang W. et al. Therapeutic peptides: current applications and future directions. Signal Transduct Target Ther 2022 Feb 14;7 (1): 48, doi: 10.1038/s41392-022-00904-4.

7. Rossino G., Marchese E., Galli G. et al. Peptides as Therapeutic Agents: Challenges and Opportunities in the Green Transition Era. Molecules 2023 Oct 19;28 (20): 7165, doi: 10.3390/molecules28207165.