שחפת (TB) היא המחלה הזיהומית הקטלנית ביותר בעולם – ואחת הקשות ביותר לריפוי. טיפול סטנדרטי דורש קוקטייל של תרופות מרובות במשך שישה חודשים לפחות, ואחד מכל חמישה מטופלים יש סוג של שחפת המתנגד לתרופות מהשורה הראשונה. כעת, מחקר חדש מציע שיטה עוצמתית בעזרת AI לחשיפת בדיוק כיצד תרופות שחפת הורגות את החיידקים, ופותחות את הדלת לשילובי טיפול חכמים יותר שיכולים לעבוד מהר יותר.
פיתוח טיפול יעיל יותר – וקצר יותר – הוא בראש סדר העדיפויות העולמי. "אנו זקוקים למשטר רב-תרופתי טוב יותר: שלוש עד חמש תרופות חדשות הפועלות אפילו עבור מה שהוא כיום שחפת עמידה בתרופות", אומרת ברי אלדרידג ', מחברת הבכירה של המחקר ופרופסור בביולוגיה מולקולרית ומיקרוביולוגיה בבית הספר לרפואה באוניברסיטת טופטס ופרופסור להנדסה ביו-רפואית בבית הספר להנדסה באוניברסיטת טופטס. אולם ההתקדמות הייתה איטית, בחלקה, מכיוון שלמדענים לא היו כלים כדי לראות במדויק כיצד תרופות עובדות ולכן כיצד הם יכולים לעבוד בצורה הטובה ביותר יחד כדי לתקוף חיידקי שחפת.
"לשחפת יש ככל הנראה עקבי אכילס מרובים שנוכל לפגוע בבת אחת", מסביר אלדרידג ', שהוא גם מנהל חבר של מרכז סטיוארט ב' לוי לניהול משולב של התנגדות אנטי -מיקרוביאלית בטופטס. "אבל באופן מפתיע קשה להבין בדיוק איך תרופה הורגת את תא היעד שלה." זה כמו להיכנס לחדר ולרגל פרצופים חבולים, כיסא הפוך ומנורה מרוסקת; אתה יכול לדעת שקרה קטטה אבל לא מי התחיל את זה או איך זה התפתח. באותו אופן, מדענים יכולים לדעת מתי תרופה הרגה תאי יעד אך לעיתים קרובות לא השרשרת המדויקת של אירועים מולקולריים, AKA, "מנגנון המוות".
אלדרידג 'ומשתפי הפעולה שלה מבית הספר לרפואה באוניברסיטת טאפטס ומוסדות אחרים מצאו כעת דרך להבין את המנגנון הזה. במחקר חדש ב מערכות תאיםהם הדגימו כיצד הכלי החדש שלהם בסיוע AI-נקרא Deciphaer (פענוח מידע חוצה מודאלי של פרמקולוגיות באמצעות מקודדי אוטומטיים)-יכולים לחשוף, בפירוט מולקולרי, כיצד תרופות שחפתיות פוטנציאליות הורגות את החיידקים.
הכלי בונה על המחקר הקודם של הצוות שתפס תמונות ברזולוציה גבוהה של חיידקי שחפת בזמן שהם מתים במהלך הטיפול. תמונות אלה חושפות רמזים – למשל, שינויים בצורת תאי החיידק או במבנה הפנימי – שנגרם על ידי אופן ההתקפה של התרופה. מדענים משתמשים ב"פרופיל מורפולוגי "זה כסוג של חקירת זירת פשע לתאים: הם מינונים חיידקים שחפת עם תרופה חדשה, מקפיאים אותם ברגע המוות ומשווים את הנזק הסלולרי שנוצר עם דפוסים שנראו מאנטיביוטיקה ידועה.
אם אתה מתייחס לחיידקי שחפת עם תרופה חדשה והיא עוברת את הפיצוץ באותה צורה שהיא עושה עבור תרופות אחרות ההורסות את דופן התא, אז אתה יכול להניח שזה הורס גם את דופן התא. "
ברי אלדרידג ', מחבר הבכיר של המחקר
באמצעות AI, הצוות עבר כעת צעד אחד קדימה, וקשר בין רמזים חזותיים אלה לקריאה מפורטת של פעילות גנים חיידקיים, המכונה פרופילי תעתיק. החוקרים אימנו מודל שאפשר להבחין בו שינויים מולקולריים, כמו גנים חיידקיים המופעלים או כבויים, מתרחשים לצד שינויים חזותיים ספציפיים.
"לפני כן, יכולנו רק לומר בערך כיצד תרופה הרגה שחפת באמצעות פרופיל מורפולוגי. כעת אנו יכולים להביא תובנות מדויקות יותר כיצד התרופות משפיעות על התאים ומדוע החיידקים גוססים", אומר אלדרידג '. לדוגמה, בבדיקת Deciphaer היא אומרת שהצוות מצא כי תרופת שחפת בפיתוח קליני לא עבדה כצפוי.
"בהתבסס על תרכובות קיימות דומות, הנחנו שהתרופה עבדה על ידי השמדת דופן התא", היא אומרת. "אבל זה למעשה הורג חיידקי שחפת על ידי פגיעה בשרשרת הנשימה ויכולת התאים לייצר אנרגיה."
מכיוון שכלי ה- AI יכול לחזות את ההשפעה המולקולרית של התרופה מתמונות בלבד – וזה הרבה יותר זול מאשר שימוש ברצף RNA – הוא יכול לחשוף מהר יותר כיצד טיפולי שחפת פוטנציאליים פועלים בתנאי צמיחה שונים, זנים גנטיים או שילובי תרופות.
"אנו מתכננים להמשיך להשתמש בו במחקרי שילוב התרופות של המעבדה שלנו ומקווים שזה יתמוך בשיתופי פעולה ברחבי העולם כדי להאיץ את פיתוח התרופות החדשות של שחפת", אומר אלדרידג '. אמנם הצורך דחוף במיוחד עבור שחפת, אך היא מוסיפה כי ניתן ליישם גם את הגישה של דקיפאה על מחלות זיהומיות אחרות וסרטן.
ויליאם סי ג'ונסון, דוקטורט. סטודנט במיקרוביולוגיה מולקולרית בבית הספר לתארים מתקדמים למדעים ביו -רפואיים, הוא הסופר הראשון. מחקרים שדווחו במאמר זה נתמכו בחלקה על ידי קרן גייטס ועל ידי מכוני הבריאות הלאומיים תחת פרס מספר T32AI007422. מידע מלא על מחברים, מממנים, מתודולוגיה, מגבלות וניגודי אינטרסים זמינים במאמר שפורסם. התוכן הוא אך ורק באחריות הכותבים ואינו בהכרח מייצג את השקפותיהם הרשמיות של המממנים.
