NOWE DELHI: Naukowcy opracowali system sztucznej inteligencji (AI), który w połączeniu ze świecącymi bioczujnikami może w przyszłości pomóc w syntezie powszechnego leku na chorobę Alzheimera.

Galantamina jest stosowana przez osoby cierpiące na chorobę Alzheimera i inne formy demencji na całym świecie w celu leczenia objawów. Naukowcy twierdzą jednak, że synteza związków aktywnych w laboratorium na wymaganą skalę nie jest opłacalna z komercyjnego punktu widzenia.

Aktywny składnik ekstrahowany jest z żonkili w czasochłonnym procesie, a nieprzewidywalne czynniki, takie jak pogoda i plony, mogą wpływać na podaż i cenę leku – twierdzą.

Teraz naukowcy z Uniwersytetu Teksasu w Austin w USA opracowali narzędzia – w tym system sztucznej inteligencji i świecące bioczujniki – aby zamiast tego wykorzystać mikroby do wykonania całej pracy.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications naukowcy opisali proces wykorzystujący genetycznie zmodyfikowane bakterie do wytworzenia chemicznego prekursora galantaminy jako produktu ubocznego normalnego metabolizmu komórkowego drobnoustroju. Zasadniczo bakterie są zaprogramowane do przekształcania żywności w związki lecznicze.

„Celem jest ostateczne fermentowanie takich leków w dużych ilościach” – powiedział Andrew Ellington, profesor na Uniwersytecie Teksasu w Austin.

„Ta metoda zapewnia niezawodne dostawy, których produkcja jest znacznie tańsza. Nie obejmuje sezonu wegetacyjnego i nie mogą mieć na nią wpływu susza ani powodzie” – powiedział Ellington.

Danny Diaz, stażysta podoktorski na UT Austin, opracował system sztucznej inteligencji o nazwie MutComputeX, który jest kluczem do tego procesu. Identyfikuje sposoby mutacji białek wewnątrz bakterii, aby poprawić ich wydajność i temperaturę roboczą, a tym samym zmaksymalizować produkcję potrzebnej leczniczej substancji chemicznej.

„System ten pomógł zidentyfikować mutacje, które sprawią, że bakterie będą skuteczniejsze w wytwarzaniu cząsteczki docelowej” – powiedział Diaz.

„W niektórych przypadkach był on nawet trzy razy skuteczniejszy niż naturalny system występujący w żonkilach” – dodał.

Naukowcy twierdzą, że fermentacja mikrobiologiczna jest obecnie stosowana do wytwarzania niektórych rodzajów insuliny stosowanej w leczeniu cukrzycy, hormonów i rekombinowanych białek stosowanych w kilku lekach, takich jak leki autoimmunologiczne, a nawet szczepionki.

Jednak zastosowanie sztucznej inteligencji w tym procesie jest stosunkowo nowe i rozszerza możliwości fermentacji mikrobiologicznej – stwierdzili.

Zespół badawczy zmodyfikował genetycznie E. coli w celu wytworzenia 4′-O-metylonorbelladyny, chemicznego składnika budulcowego galantaminy.

Ta złożona cząsteczka należy do rodziny związków ekstrahowanych z żonkili, które mają zastosowania lecznicze w leczeniu takich schorzeń, jak rak, infekcje grzybicze i infekcje wirusowe, ale wykorzystanie fermentacji mikrobiologicznej do wytworzenia substancji chemicznej z tej rodziny jest nowością.

Naukowcy stworzyli także biosensor fluorescencyjny, który pozwala szybko wykrywać i analizować, które bakterie wytwarzały pożądane substancje chemiczne i w jakich ilościach.

Kiedy biosensor, specjalnie stworzone białko, wchodzi w kontakt z substancją chemiczną, którą badacze chcieli stworzyć, zaczyna świecić na zielono – dodali.

„Bioczujnik pozwala nam testować i analizować próbki w ciągu kilku sekund, podczas gdy wcześniej zajmowało to około pięciu minut na każdą próbkę” – powiedział Simon d’Oelsnitz, doktorant, poprzednio na UT Austin, a obecnie na Uniwersytecie Harvarda.

„A program uczenia maszynowego pozwala nam łatwo zawęzić listę kandydatów od dziesiątek tysięcy do dziesiątek. Łącznie są to naprawdę potężne narzędzia” – powiedział d’Oelsnitz, pierwszy autor artykułu.