המעי האנושי הממוצע מכיל בערך 100 טריליון חיידקים, שרבים מהם מתחרים ללא הרף על משאבים מוגבלים. "זו סביבה כל כך קשה", אומר סזאר דה לה פואנטה, עוזר נשיאותי פרופסור לביו-הנדסה ובהנדסה כימית וביו-מולקולרית בבית הספר להנדסה ומדע יישומי, בפסיכיאטריה ומיקרוביולוגיה בבית הספר לרפואה של פרלמן, ובכימיה במסגרת בית הספר לאמנויות ומדעים. "יש לך את כל החיידקים האלה ביחד, אבל גם נלחמים זה בזה. סביבה כזו עשויה לטפח חדשנות".
באותו עימות, המעבדה של דה לה פואנטה רואה פוטנציאל לאנטיביוטיקה חדשה, שעשויה יום אחד לתרום למאגר ההגנה של האנושות עצמה מפני חיידקים עמידים לתרופות. אחרי הכל, אם החיידקים במעיים האנושיים צריכים לפתח כלים חדשים במאבק אחד נגד השני כדי לשרוד, למה לא להשתמש בנשק שלהם נגדם?
בעיתון חדש ב תָאהמעבדות של דה לה פואנטה ועמי ס. בהט, פרופסור לרפואה (המטולוגיה) וגנטיקה בסטנפורד, סקרו את המיקרוביום של המעיים של כמעט 2,000 אנשים, וגילו עשרות אנטיביוטיקה פוטנציאלית חדשה. "אנחנו חושבים על ביולוגיה כמקור מידע", אומר דה לה פואנטה. "הכל הוא רק קוד. ואם נוכל להמציא אלגוריתמים שיכולים למיין את הקוד הזה, נוכל להאיץ באופן דרמטי את גילוי האנטיביוטיקה".
בשנים האחרונות עלתה המעבדה של דה לה פואנטה לכותרות למציאת מועמדים לאנטיביוטיקה בכל מקום, החל ממידע גנטי של יצורים נכחדים כמו ניאנדרטלים וממותות צמר ועד להמוני חיידקים שהמעבדה ניתחה את החומר הגנטי שלהם באמצעות בינה מלאכותית. "אחת המטרות העיקריות שלנו היא לכרות את המידע הביולוגי בעולם כמקור לאנטיביוטיקה ולמולקולות שימושיות אחרות", אומר דה לה פואנטה. "במקום להסתמך על שיטות מסורתיות וקפדניות הכוללות איסוף דגימות אדמה או מים וטיהור תרכובות פעילות, אנו רותמים את המגוון העצום של נתונים ביולוגיים המצויים בגנומים, מטאנומים ופרוטאומים. זה מאפשר לנו לחשוף אנטיביוטיקה חדשה במהירות דיגיטלית".
בהתחשב בכך שחיידקים מתפתחים במהירות, דה לה פואנטה ומשותפיו שיערו כי סביבה המעודדת תחרות -; כמו המעי האנושי -; עשוי להיות ביתם של תרכובות אנטי-מיקרוביאליות רבות שלא התגלו. "כשיש מחסור במשאבים", מציין דה לה פואנטה, "אז הביולוגיה באמת מביאה פתרונות חדשניים".
הקבוצה התמקדה בפפטידים, שרשראות קצרות של חומצות אמינו, שהראו בעבר הבטחה כאנטיביוטיקה חדשה. "כרינו באופן חישובי יותר מ-400,000 חלבונים", אומר דה לה פואנטה, בהתייחס לתהליך שבו בינה מלאכותית קוראת את אותיות הקוד הגנטי, ולאחר שעברנו הכשרה על קבוצה של אנטיביוטיקה ידועה, מנבאת אילו רצפים גנטיים עשויים להיות בעלי תכונות אנטי-מיקרוביאליות.
מעניין שלמולקולות הללו יש הרכב שונה ממה שנחשב באופן מסורתי לאנטי-מיקרוביאלי. התרכובות שגילינו מהוות מחלקה חדשה, ותכונותיהן הייחודיות יעזרו לנו להבין ולהרחיב את מרחב הרצף של חומרים אנטי-מיקרוביאליים".
מרסלו DT טורס, עמית מחקר במעבדת דה לה פואנטה, והמחבר הראשון של המאמר
כמובן, תחזיות אלה חייבות לקבל אימות ניסיוני; לאחר מציאת כמה מאות מועמדים לאנטיביוטיקה, החוקרים בחרו 78 לבדיקת חיידקים אמיתיים. לאחר סינתזה של פפטידים אלו, החוקרים חשפו תרביות חיידקים לכל פפטיד וחיכו 20 שעות כדי לראות אילו פפטידים הצליחו לעכב את צמיחת החיידקים. בנוסף, הצוות בדק מאוחר יותר את המועמדים לאנטיביוטיקה במודלים של בעלי חיים.
למעלה ממחצית מהפפטידים שנבדקו עבדו -; כלומר, הם עיכבו צמיחה חיידקית של חיידקים ידידותיים או פתוגניים -; והמועמד המוביל, prevotellin-2, הפגין יכולות אנטי-זיהומיות בדומה לפולימיקסין B, אנטיביוטיקה מאושרת על ידי ה-FDA המשמשת כיום לטיפול בזיהומים עמידים לריבוי תרופות, מה שמצביע על כך שהמיקרוביום של המעי האנושי עשוי להכיל אנטיביוטיקה שיום אחד ימצא יישום קליני.
"זיהוי Prevotellin-2, שיש לו פעילויות דומות לאחת מהאנטיביוטיקה שלנו במוצא האחרון, polymyxin B, הפתיע אותי מאוד", אומר בהט. "זה מצביע על כך שכריית המיקרוביום האנושי עבור קבוצות חדשות ומרגשות של פפטידים אנטי-מיקרוביאליים היא דרך מבטיחה קדימה עבור חוקרים ורופאים, ובמיוחד עבור חולים."
