Protein yang dirancang AI-tidak seperti yang ditemukan di alam-merevolusi pengobatan snakebite
Para ilmuwan telah memelopori metode inovatif untuk memerangi racun ular menggunakan protein yang baru dirancang, menawarkan harapan untuk solusi antivenom yang lebih efektif, mudah diakses, dan terjangkau.
Dengan memanfaatkan teknik komputasi canggih dan pembelajaran mendalam, pendekatan inovatif ini telah menunjukkan hasil yang menjanjikan dalam menetralkan racun mematikan, berpotensi mengubah pengembangan antivenom, dan menawarkan strategi baru untuk mengatasi penyakit terabaikan lainnya.
Terobosan dalam penelitian antivenom
Para ilmuwan telah merancang protein baru – tidak seperti yang ditemukan di alam – yang dapat menetralkan beberapa komponen racun ular yang paling beracun. Menggunakan pembelajaran mendalam dan metode komputasi, para peneliti telah mengembangkan protein -protein ini dengan potensi untuk menciptakan perawatan yang lebih aman, lebih terjangkau, dan dapat diakses secara luas dibandingkan dengan antivenom yang ada.
Setiap tahun, lebih dari 2 juta orang menderita ular, dengan lebih dari 100.000 kematian dan 300.000 kasus komplikasi parah, termasuk kelainan bentuk tubuh, amputasi, dan kecacatan jangka panjang lainnya, menurut Organisasi Kesehatan Dunia. Beban tertinggi ular terlihat di daerah seperti Afrika Sub-Sahara, Asia Selatan, Papua Nugini, dan Amerika Latin, di mana akses ke pengobatan yang efektif sering terbatas.
Kemajuan dalam Biologi Komputasi
Penelitian biologi komputasi yang inovatif ini, yang bertujuan untuk meningkatkan terapi antivenom, dipimpin oleh para ilmuwan dari UW Medicine Institute for Protein Design dan Technical University of Denmark. Temuan mereka diterbitkan di Alam pada 15 Januari.
Penulis utama makalah ini adalah Susana Vazquez Torres dari Departemen Biokimia di Sekolah Kedokteran UW dan Program Pascasarjana UW dalam Fisika Biologis. Kampung halamannya adalah Querétaro, Meksiko, yang terletak di dekat Habitat Viper dan Rattlesnake. Tujuan profesionalnya adalah menciptakan obat baru untuk penyakit dan cedera yang terabaikan, termasuk ular.
Tantangan Snakebites Elapid
Tim penelitinya, yang juga termasuk para ahli internasional dalam penelitian ular, obat -obatan dan diagnostik, dan pengobatan tropis dari Inggris dan Denmark, memusatkan perhatian mereka pada menemukan cara untuk menetralkan racun yang dikumpulkan dari Elapids tertentu. Elapids adalah sekelompok besar ular beracun, di antaranya kobra dan mamba, yang hidup di daerah tropis dan subtropis.
Paling gertak jenis memiliki dua taring kecil berbentuk seperti jarum dangkal. Selama gigitan ulet, taring dapat menyuntikkan racun dari kelenjar di belakang rahang ular. Di antara komponen-komponen racun itu berpotensi racun tiga jari yang mematikan. Bahan kimia ini merusak jaringan tubuh dengan membunuh sel. Lebih serius, dengan mengganggu sinyal antara saraf dan otot, racun tiga jari dapat menyebabkan kelumpuhan dan kematian.
Keterbatasan perawatan saat ini
Saat ini, ular berbisa dari Elapid diperlakukan dengan antibodi yang diambil dari plasma hewan yang telah diimunisasi terhadap racun ular. Memproduksi antibodi itu mahal, dan mereka memiliki efektivitas terbatas terhadap racun tiga jari. Perawatan ini juga dapat memiliki efek samping yang serius, termasuk menyebabkan pasien mengalami syok atau gangguan pernapasan.
“Upaya untuk mencoba mengembangkan obat -obatan baru telah lambat dan melelahkan,” kata Vazquez Torres.
Inovasi dalam Desain Protein
Para peneliti menggunakan metode komputasi pembelajaran mendalam untuk mencoba mempercepat penemuan perawatan yang lebih baik. Mereka menciptakan protein baru yang mengganggu sifat neurotoksik dan penghancuran sel dari bahan kimia toksin tiga jari dengan mengikat dengan mereka.
Melalui skrining eksperimental, para ilmuwan memperoleh desain yang menghasilkan protein dengan stabilitas termal dan afinitas pengikatan yang tinggi. Protein yang disintesis yang sebenarnya hampir cocok dengan tingkat atom dengan desain komputer belajar yang dalam.
Dalam hidangan lab, protein yang dirancang secara efektif menetralkan ketiga subfamili racun tiga jari yang diuji. Ketika diberikan kepada tikus, protein yang dirancang melindungi hewan dari apa yang bisa menjadi paparan neurotoksin yang mematikan.
Hasil yang menjanjikan dan arah masa depan
Protein yang dirancang memiliki keunggulan utama. Mereka dapat diproduksi dengan kualitas yang konsisten melalui rekombinan DNA Teknologi alih -alih dengan mengimunisasi hewan. (Teknologi DNA rekombinan dalam kasus ini merujuk pada metode lab yang digunakan para ilmuwan untuk mengambil cetak biru yang dirancang secara komputasi untuk protein baru dan mensintesis protein itu.)
Juga, protein baru yang dirancang terhadap racun ular kecil, dibandingkan dengan antibodi. Ukurannya yang lebih kecil mungkin memungkinkan penetrasi yang lebih besar ke jaringan untuk dengan cepat menangkal racun dan mengurangi kerusakan.
Memperluas potensi desain komputasi
Selain membuka jalan baru untuk mengembangkan antivenom, para peneliti berpikir metode desain komputasi dapat digunakan untuk mengembangkan penangkal lain. Metode semacam itu juga dapat digunakan untuk menemukan obat -obatan untuk penyakit yang dirawat yang mempengaruhi negara -negara dengan sumber daya penelitian ilmiah yang terbatas secara signifikan.
“Metodologi desain komputasi secara substansial dapat mengurangi biaya dan persyaratan sumber daya untuk pengembangan terapi untuk penyakit tropis yang diabaikan,” kata para peneliti.
Jelajahi lebih lanjut: AI Triumphs Over Venom: Antidote Snakebite Revolusioner diluncurkan
Referensi: “Protein yang dirancang de novo menetralkan racun ular mematikan racun” oleh Susana Vázquez Torres, Melisa Benard Valle, Stephen P. Mackessy, Stefanie K. Menzies, Nicholas R. Casewell, Shirin Ahmadi, Nick J. Burlet, Edin Muratsphaurat, ISAAC SIRIN AHMADI, Nick J. , Max D. Overath, Esperanza Rivera-de-Torre, Jann Ledergerber, Andreas H. Laustsen, Kim Boddum, Asim K. Bera, Alex Kang, Evans Brackenbrough, Iara A. Cardoso, Edouard P. Crittenden, Rebecca J. Edge, IARA A. Justin Decarreau, Robert J. Ragotte, Arvind S. Pillai, Mohamad Abedi, Hannah L. Han, Stacey R. Gerben, Analisa Murray, Rebecca Skotheim, Lynda Stuart, Lance Stewart, Thomas Ja Fryer, Timothy P. Jenkins dan David Baker, 15 Januari 2025, Alam.
Doi: 10.1038/s41586-024-08393-x
Para peneliti senior tentang proyek untuk merancang perawatan protein untuk ular Elapid adalah Timothy J. Perkins di Universitas Teknis Denmark dan David Baker dari UW Medicine Institute for Protein Design dan Howard Hughes Medical Institute. Baker adalah profesor biokimia di Sekolah Kedokteran UW.
Itu Universitas Washington telah mengajukan aplikasi paten AS sementara untuk desain dan komposisi protein yang dibuat dalam penelitian ini.
