_ Medicamentul Alzheimer a fermentat cu ajutorul de la Inteligența artificială și bacteriile se apropie de realitate

Galantamina este un medicament comun folosit de persoanele cu boala Alzheimer și alte forme de demență din întreaga lume pentru a-și trata simptomele. Din păcate, sintetizarea compușilor activi într-un laborator la scara necesară nu este viabilă din punct de vedere comercial. Ingredientul activ este extras din narcise printr-un proces care consumă timp, iar factorii imprevizibili, cum ar fi vremea și recoltele recoltelor, pot afecta oferta și prețul medicamentului.

Acum, cercetătorii de la Universitatea din Texas la Austin a dezvoltat instrumente, inclusiv un sistem de inteligență artificială și biosenzori strălucitori, pentru a valorifica microbii într-o zi pentru a face toată munca.

Într-o lucrare din Nature Communications, cercetătorii descriu un proces care utilizează bacterii modificate genetic pentru a crea un precursor chimic al galantamina ca produs secundar al metabolismului celular normal al microbilor. În esență, bacteriile sunt programate să transforme alimentele în compuși medicinali.

„Scopul este de a fermenta astfel de medicamente în cantități mari”, a spus Andrew Ellington, profesor de bioștiințe moleculare și autor al studiului. „Această metodă creează o aprovizionare fiabilă, care este mult mai puțin costisitoare de produs. Nu are un sezon de creștere și nu poate fi afectată de secetă sau inundații.”

Danny Diaz, un coleg postdoctoral. împreună cu grupul de cercetare Deep Proteins din Institutul pentru Fundamentele Învățării Mașinilor (IFML) din UT, a dezvoltat un sistem AI numit MutComputeX, care este cheia procesului. Acesta identifică modul de mutare a proteinelor din interiorul bacteriilor pentru a le îmbunătăți eficiența și temperatura de funcționare pentru a maximiza producția unei substanțe chimice medicinale necesare.

„Acest sistem a ajutat la identificarea mutațiilor care ar face bacteriile mai eficiente la producere. molecula țintă”, a spus Diaz. „În unele cazuri, a fost de până la trei ori mai eficient decât sistemul natural găsit în narcise.”

Procesul de valorificare a microbilor pentru a produce produse secundare utile nu este nimic nou. Berarii folosesc drojdia pentru a face alcool, iar bacteriile ajută la crearea brânzei și iaurtului. Fermentarea microbiană este utilizată în prezent pentru a produce anumite tipuri de insulină pentru tratamentul diabetului, hormoni și proteine ​​recombinate utilizate în mai multe medicamente, cum ar fi tratamente autoimune și chiar vaccinuri. Cu toate acestea, aplicarea AI în acest proces este relativ nouă și extinde ceea ce este posibil cu fermentația microbiană.

Echipa de cercetare a modificat genetic E. coli pentru a produce 4'-O-Metilnorbelladină, un bloc de construcție chimic al galantamina. Molecula complexă face parte dintr-o familie de compuși extrași din narcise care au utilizări medicinale în tratarea afecțiunilor precum cancerul, infecțiile fungice și infecțiile virale, dar utilizarea fermentației microbiene pentru a crea o substanță chimică în această familie este nouă.

Oamenii de știință au creat, de asemenea, un biosenzor fluorescent pentru a detecta și analiza rapid care bacterii produc substanțele chimice dorite și cât de mult. Când biosenzorul, o proteină special creată, intră în contact cu chimiștii pe care cercetătorii au vrut să creeze, acesta strălucește în verde.

„Biosenzorul ne permite să testăm și să analizăm probe în câteva secunde când obișnuia să ia ceva de genul cinci minute fiecare”, a spus Simon d'Oelsnitz, cercetător postdoctoral anterior la UT Austin și acum la Universitatea Harvard, primul autor al lucrării. „Și programul de învățare automată ne permite să restrângem cu ușurință candidații de la zeci de mii la zeci. Împreună, acestea sunt instrumente cu adevărat puternice.”

(Fluierul)