Вчені розробили революційну антиотруту від смертельних змій за допомогою ШІ
Кожного року від укусів змій у світі помирає понад 100 тисяч людей, ще сотні тисяч залишаються з тяжкими інвалідностями. Ця статистика жахає. Але тепер науковці зробили неймовірний прорив, який може кардинально змінити боротьбу з наслідками таких укусів. Завдяки штучному інтелекту вони розробили абсолютно нові білки — штучні антиотрути, які вже показали неймовірні результати в лабораторних експериментах.
Зміст
За повідомленням Popular Science, дослідники створили ці унікальні молекули, яких не існує в природі, використовуючи потужні алгоритми штучного інтелекту. За даними нового дослідження, опублікованого 15 січня в журналі Nature 1, ці синтетичні білки врятували всіх піддослідних мишей від смертельної дії зміїної отрути під час лабораторних тестів. Тобто, 100% виживання. Звучить як наукова фантастика, але це вже реальність.
«Це може революціонізувати лікування укусів змій»
«Я думаю, ми можемо повністю змінити підхід до лікування укусів змій» — каже Сусана Васкес Торрес, провідна авторка дослідження та біохімік із Вашингтонського університету. Вона провела ці експерименти в рамках своєї докторської дисертації під керівництвом лауреата Нобелівської премії з хімії 2024 року Девіда Бейкера. Його команда вже кілька років займається розробкою штучних білків, але ця нова робота стала справжнім проривом.
«Звісно, наше дослідження ще не вирішує всіх проблем, пов’язаних із укусами змій, — пояснює Васкес Торрес, — але воно показує, що ми можемо розробляти молекули набагато швидше, ніж це було раніше. І головне — це працює».
Ця методика обіцяє створити антиотрути, які будуть дешевшими, безпечнішими та ефективнішими за ті, що існують зараз.
Чому старі антиотрути не завжди допомагають
Традиційні антиотрути розробляються вже понад сто років. Але метод їх виробництва залишився майже незмінним і досить архаїчним: антитіла для антидотів отримують із крові тварин (переважно коней), яких попередньо інокулюють невеликими дозами отрути. Так, ці препарати рятують життя, але мають цілий ряд недоліків.
По-перше, їх виробництво дороге та складне, адже потрібно утримувати цілі стайні тварин. По-друге, такі препарати мають дуже нестабільну якість: імунні системи тварин реагують на отрути по-різному, тому одні антиотрути працюють краще, а інші — гірше. По-третє, вони можуть викликати алергічні реакції та інші побічні ефекти. І найголовніше: ці препарати не завжди ефективні проти всіх видів зміїної отрути, адже отрута — це складний коктейль із десятків різних токсинів.
А ще традиційні антиотрути вкрай вибагливі до умов зберігання. Вони потребують постійного охолодження, що робить їх недоступними для багатьох сільських регіонів у країнах Глобального Півдня, де укуси змій трапляються найчастіше.
Нові білки, розроблені за допомогою штучного інтелекту, можуть вирішити всі ці проблеми. Вони стабільні при високих температурах, їх можна виготовляти у великих кількостях за допомогою мікроорганізмів, таких як дріжджі, а також вони можуть спричиняти менше побічних ефектів.
Як штучний інтелект допоміг створити антиотруту
Розробка нових білків для боротьби з отрутою була б практично неможливою без використання штучного інтелекту. Васкес Торрес та її команда використовували три різні ШІ-інструменти, щоб знайти ідеальні білкові молекули.
Спочатку вони зосередилися на одному з найнебезпечніших класів токсинів — так званих трипальцевих токсинах (3FTx), які часто зустрічаються в отруті кобр, мамб і коралових змій. Ці токсини можуть викликати параліч, руйнування тканин і навіть смерть.
Дослідники визначили три основні типи токсинів, які вони хотіли нейтралізувати: короткий альфа-нейротоксин, довгий альфа-нейротоксин і цитотоксин. Вони знали точну структуру кожного з цих токсинів, тому могли зрозуміти, до яких «гарячих точок» потрібно прив’язати нові білки, щоб нейтралізувати токсини.
Штучний інтелект допоміг створити ці білки в кілька етапів:
- Спочатку ШІ-модель RoseTTAFold diffusion створювала віртуальні білкові структури, які могли б заблокувати токсини.
- Потім інша ШІ-модель ProteinMPNN визначала, з яких амінокислот мають складатися ці білки.
- А третя модель — AlphaFold2 — перевіряла, як ці амінокислотні послідовності складуться у реальні білкові структури.
Таким чином, науковці отримали десятки потенційних кандидатів на роль антиотрути. Але після серії лабораторних тестів вони обрали три найкращі білкові молекули.
Результати випробувань: 100% виживання мишей
Після успішних тестів у пробірках дослідники перейшли до експериментів на мишах. Спершу вони змішали нові білки з токсинами та ввели цю суміш гризунам. Результат вразив: усі миші вижили, хоча без антиотрути токсини вбивали їх за лічені хвилини.
Далі науковці провели більш реалістичні тести, імітуючи реальний укус змії. Вони спочатку вводили токсини, а через деякий час — антиотруту. Один із білків врятував усіх мишей навіть тоді, коли його вводили через 30 хвилин після отруєння. Інший білок виявився трохи менш ефективним: він рятував 80% мишей, якщо його вводили через 15 хвилин після отруєння, і 60% — через пів години.
«Ми були шоковані, що ці білки працюють із першої спроби. Зазвичай доводиться проводити багато оптимізацій, а тут ми отримали позитивний результат одразу», — розповідає Васкес Торрес.
Ще більш вражаюче те, що весь процес розробки — від ідеї до публікації даних у науковому журналі — зайняв лише рік. У традиційній науці на це могли б піти десятиліття.
Чи можна буде лікувати укуси змій так само, як алергію?
Дослідники сподіваються, що в майбутньому такі антиотрути можна буде застосовувати у формі пристрою, схожого на EpiPen — автоматичний ін’єктор, який люди з алергіями використовують для швидкого введення ліків у разі анафілактичного шоку. Такий пристрій можна було б носити із собою та використовувати безпосередньо на місці укусу.
Попереду ще багато роботи
Попри успіхи, ці нові білки поки що не готові для застосування на людях. Їх потрібно ретельно перевірити на безпечність, адже вони є абсолютно новими молекулами, яких не існує в природі.
Також ці білки нейтралізують лише два конкретні токсини. Щоб створити універсальну антиотруту, потрібно буде розробити ще кілька білків і змішати їх у єдиний препарат. За словами Васкес Торрес, для повної нейтралізації зміїної отрути може знадобитися близько десяти різних білкових молекул.
Проте науковці впевнені: вони лише на початку великого шляху. «Можливості штучного створення білків — це справжній прорив у медицині. Це новий підхід, який може вирішити величезну кількість проблем, з якими не справлялися традиційні методи», — каже Джозеф Жарден із Інституту Скріппса.
Найцікавіше за тиждень
Один лист на тиждень. Без спаму.
Нові статті, добірки та корисні матеріали DAY TODAY — в одному короткому листі.
