نکات کلیدی
دانشمندان در حال بررسی منابع غیرمتعارف مانند کدهای ژنتیکی گونه‌های منقرض شده برای یافتن آنتی‌بیوتیک‌های جدید هستند.
ماموتوسین، که در کد ژنتیکی ماموت‌های پشمالو یافت شده، ابرباکتری‌ها را در آزمایش‌های آزمایشگاهی ریشه‌کن کرده است.
هوش مصنوعی و تکنیک‌های پیشرفته در حال احیای جستجو برای آنتی‌بیوتیک‌های جدید در طبیعت هستند.
در DNA ماموت پشمالوی منقرض شده ترکیبی نهفته است که دانشمندان امیدوارند روزی بتواند یک آنتی‌بیوتیک نجات‌بخش باشد.
سزار ده لا فونته، مهندس زیستی که به کشف این مولکول کمک کرد، می‌گوید: «در آزمایش‌ها، ماموتوسین، همانطور که این ترکیب نامیده می‌شود، ابرباکتری‌ها را ریشه‌کن کرده است؛ باکتری‌هایی که نسبت به آنتی‌بیوتیک‌های امروزی مقاوم هستند و باعث عفونت‌های دشوار برای درمان می‌شوند.»
ده لا فونته، استاد دانشگاه پنسیلوانیا، در میان گروهی از دانشمندان است که در مکان‌های باستانی و غیرمحتمل - از بقایای ژنتیکی نئاندرتال‌ها و حیوانات منقرض شده گرفته تا خاک معمولی حیاط خلوت - برای یافتن آنتی‌بیوتیک‌های جدید جستجو می‌کنند. او می‌گوید این جستجو ضروری است: «مقاومت آنتی‌بیوتیکی یکی از بزرگترین چالش‌هایی است که ما به عنوان یک جامعه با آن روبرو هستیم.»
عفونت‌های ناشی از ابرباکتری‌ها هر سال به مرگ بیش از پنج میلیون نفر در سراسر جهان کمک می‌کنند و این تلفات در حال افزایش است. آنتی‌بیوتیک‌ها حتی در برابر عفونت‌های رایج نیز به طور فزاینده‌ای قدرت خود را از دست می‌دهند. یک مطالعه در سال گذشته پیش‌بینی کرد که بدون داروهای جدید، مقاومت آنتی‌بیوتیکی می‌تواند تا سال 2050 حدود 39 میلیون نفر را به کام مرگ بکشاند.
اکنون، رویکردهای تازه‌ای برای تحقیق در صنعتی در حال ظهور است که در ساخت داروهای جدید کند بوده و با توانایی باکتری‌ها در تکامل سریع دفاع در برابر داروهای موجود مواجه شده است. بیشتر آنتی‌بیوتیک‌هایی که امروز استفاده می‌کنیم و صدها میلیون زندگی را نجات داده‌اند، در طبیعت یافت شده‌اند - بسیاری از آنها ده‌ها سال پیش و برخی به صورت اتفاقی. الکساندر فلمینگ در سال 1928 پس از بازگشت از تعطیلات، پنی‌سیلین را کشف کرد و متوجه شد که کپک روی ظرف پتری از رشد باکتری‌های مضر جلوگیری کرده است.
پزشکان می‌گوینند برای کمک به مبارزه با ابرباکتری‌ها، به آنتی‌بیوتیک‌های جدید با ساختار شیمیایی یا مکانیسم‌های عمل جدید نیاز داریم. اما تنها تعداد انگشت‌شماری از این داروها در دهه‌های گذشته وارد بازار شده‌اند.
ده لا فونته روی هوش مصنوعی حساب می‌کند تا به پایان این دوره خشکی کمک کند. او و همکارانش الگوریتم‌های یادگیری عمیق را برای جستجو در پایگاه‌های داده ژنتیکی عظیم ساخته‌اند تا پپتیدها، یا قطعات پروتئینی، با خواص ضد باکتریایی را بیابند. آنها از این روش برای تجزیه و تحلیل زهر حیوانات، میکروبیوم انسان و آرکی‌ها، گروهی کمتر کاوش شده از میکروارگانیسم‌ها استفاده کرده‌اند. آنها همچنین کدهای ژنتیکی فسیل‌های حیوانات و انسان‌های منقرض شده، از جمله نئاندرتال‌ها و دنیسووان‌ها را کاوش کرده‌اند. ده لا فونته می‌گوید: «این مدل یادگیری عمیق پنجره‌ای به گذشته گشوده است.»
بیشتر آنتی‌بیوتیک‌های مورد استفاده امروزی داروهای با مولکول کوچک هستند که عمدتاً از باکتری‌ها و قارچ‌ها گرفته شده‌اند. مولکول‌های کوچک معمولاً می‌توانند به راحتی از غشای سلولی عبور کرده و معمولاً به صورت قرص تجویز می‌شوند. پپتیدها، که از زنجیره‌های کوتاه اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند، بزرگتر و پیچیده‌تر هستند. آنها در بدن ناپایدارتر بوده و به راحتی نمی‌توانند به صورت قرص ساخته شوند.
اما در سال‌های اخیر پیشرفت‌هایی برای بهبود توانایی جذب و استفاده توسط بدن داروهای پپتیدی - که شامل برخی آنتی‌بیوتیک‌های وریدی (IV)، GLP-1s و انسولین می‌شود - صورت گرفته است. پپتیدهای ضد باکتریایی نیز به وفور در طبیعت یافت می‌شوند، زیرا بخشی از سیستم ایمنی در بیشتر ارگانیسم‌ها هستند.
ده لا فونته، که در ژانویه یک شرکت نوپا راه‌اندازی کرد تا پتانسیل آنتی‌بیوتیکی ماموتوسین و سایر پپتیدها را بیشتر بررسی کند، می‌گوید: «پپتیدها چیز بزرگ بعدی در پزشکی هستند.»
هنگامی که الگوریتم‌ها یک پپتید جدید با پتانسیل آنتی‌بیوتیکی را شناسایی می‌کنند، ده لا فونته و تیمش از ربات‌ها برای ساخت آن ترکیب در آزمایشگاه خود استفاده می‌کنند و سپس آن را روی موش‌های آلوده به باکتری آزمایش می‌کنند. تاکنون، چند صد پپتید ساخته شده در آزمایشگاه ده لا فونته با خیال راحت و موثر موش‌های بیمار را درمان کرده‌اند.
یکی از آنها ماموتوسین بود که در کد ژنتیکی گونه Mammuthus primigenius، نوعی ماموت که حدود 4000 سال پیش در زمین پرسه می‌زد، شناسایی شد. محققان این پپتید را پس از جستجو در پایگاه داده داده‌های توالی‌یابی DNA مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی که از فسیل حیوانات منقرض شده به دست آمده بود، کشف کردند. طبق مقاله‌ای که در ژورنال Nature در ماه ژوئن منتشر شد، در آزمایش‌ها، ماموتوسین به اندازه پلی‌میکسیت بی، آنتی‌بیوتیکی که اغلب به عنوان آخرین راه حل برای عفونت‌های جدی استفاده می‌شود، قوی بود. پپتید ماموت به طور موثر نوعی باکتری را که سازمان بهداشت جهانی به دلیل مقاومت آن در برابر بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌های رایج به عنوان یک پاتوژن حیاتی معرفی کرده است، ریشه‌کن کرد.
جیمز کالینز، مهندس زیستی در موسسه فناوری ماساچوست، می‌گوید که کار با گونه‌های منقرض شده «فضای شیمیایی را که می‌توانستیم کاوش کنیم، گسترش می‌دهد.» «اینها مولکول‌هایی هستند که در زمان و محیطی متفاوت تکامل یافته‌اند.»
آزمایشگاه کالینز الگوریتم‌های خاص خود را برای جستجو در پایگاه‌های داده شیمیایی، مانند پایگاه‌های داده داروهای دارویی موجود، برای یافتن ترکیبات ضد باکتریایی احتمالی ساخته است. آزمایشگاه او همچنین در حال آزمایش استفاده از هوش مصنوعی مولد برای طراحی مولکول‌های کاملاً جدیدی است که می‌توانند باکتری‌ها را از بین ببرند. کالینز و همکارانش در مقاله‌ای در سال 2024 اظهار داشتند که پس از تجزیه و تحلیل بیش از 12 میلیون ترکیب شیمیایی، آنتی‌بیوتیک‌های ساختاری منحصر به فردی را شناسایی کرده‌اند.
گری رایت، بیوشیمیست دانشگاه مک‌مستر در کانادا، می‌گوید تکنیک‌های علمی نوین می‌توانند فرصت‌های جدیدی را در عرصه‌های قدیمی شکار کشف کنند. او با اشاره به قارچ‌ها و باکتری‌هایی که بیشتر آنتی‌بیوتیک‌ها از آنها مشتق شده‌اند، می‌گوید: «روشی که مردم در گذشته آنتی‌بیوتیک پیدا می‌کردند این بود که بیرون می‌رفتند و چیزی را از خاک می‌گرفتند.» میکروب‌ها برای قرن‌ها با یکدیگر در جنگ بوده‌اند و دفاع عالی در برابر هم ایجاد کرده‌اند. رایت می‌گوید: «هیچ ترکیبی بهتر از آنچه در طبیعت ساخته شده، وجود نداشته است.»
چگونه نیاز به آنتی‌بیوتیک‌های جدید را در آینده می‌بینید؟ در گفتگو در پایین شرکت کنید.
با این حال، تا دهه 1990، دانشمندانی که محیط‌های طبیعی را برای یافتن آنتی‌بیوتیک‌ها بررسی می‌کردند، به بن‌بست رسیدند: آنها مدام همان ترکیبات آنتی‌بیوتیکی را بارها و بارها پیدا می‌کردند. رایت می‌گوید: «مردم ناامید شدند.» «این منجر به این سوء تفاهم شد که دیگر چیزی برای یافتن در این ارگانیسم‌ها وجود ندارد.»
اما با استفاده از توالی‌یابی ژنتیکی و کروماتوگرافی، روشی برای جداسازی مخلوط‌ها، محققان آزمایشگاه رایت توانسته‌اند میکروب‌های شناخته شده را تجزیه و تحلیل کرده و مولکول‌های ضد باکتریایی کمتر آشکاری را که قبلاً نادیده گرفته شده بودند، بیابند.
صبر نیز نتیجه بخش بوده است. یک محقق در آزمایشگاه رایت خاک را از حیاط خلوتی در انتاریو برداشت و مایعی از آن استخراج کرد که به مدت یک سال در ظرف پتری زیر میز او نگهداری می‌شد. او به جای افزودن مواد مغذی به ظرف و بررسی ارگانیسم‌هایی که به سرعت رشد می‌کردند - روشی که مدت‌ها برای شکار آنتی‌بیوتیک‌ها رایج بود - آنها را در گرسنگی نگه داشت و منتظر ظهور ارگانیسم‌های نادرتر ماند.