יותר ממיליון אנשים מתים מדי שנה מזיהומים של פתוגנים עמידים לאנטי-מיקרוביאליים, והבעיה הולכת וגוברת. בינתיים, הגילוי של חומרים אנטי-מיקרוביאליים חדשים שיכולים לעזור לבלום את הגאות לא עמד בקצב.
חוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין רואים הבטחה בכיתה של חומרים אנטי-מיקרוביאליים טבעיים הנקראים מיקרוצינים, המיוצרים על ידי חיידקים במעיים ועוזרים להם להתחרות בחיידקים יריבים. בצמד מאמרים אחרונים מזהים החוקרים את המיקרוצין הידוע הראשון שמכוון לזני החיידקים הגורמים לכולרה ומתארים שיטה למציאת מיקרוצינים בגנום חיידקי בעזרת בינה מלאכותית.
דמיינו לעצמכם יום אחד לאכול יוגורט המכיל זנים פרוביוטיים של חיידקים המייצרים מיקרוצינים כדי למנוע או לטפל בכולרה, E. coli פתוגניים, מחלות מעי דלקתיות או סרטן המעי הגס. הרעיון הוא להכניס חיידקים בריאים שיוכלו ליצור ללא הרף מיקרוצינים במעיים כדי להדוף את הפתוגן המעניין."
בריאן דייויס, פרופסור למדעי הביו המולקולריים ומחבר בכיר בשני המאמרים
מחקר הכולרה, שפורסם ב מארח סלולרי ומיקרוב, הובל על ידי Sun-Young Kim, Ph.D. מועמד ב-UT.
כולרה, מחלת השלשולים הקטלנית הנגרמת על ידי חיידקי Vibrio cholerae, גורמת להתייבשות חמורה ויכולה להרוג תוך מספר שעות בלבד. לפי ארגון הבריאות העולמי, כל שנה כולרה אחראית ל-21,000 עד 143,000 מקרי מוות ברחבי העולם. סוג אחר של חיידקי מעיים נחשב לעורר התלקחויות של מחלות מעי דלקתיות. ועוד סוג נוסף של חיידקי מעיים קשור להתקדמות של סרטן המעי הגס. כל אחד מהם מהווה יעד פוטנציאלי למיקרוצינים.
מיקרוצינים הם סלקטיביים ביותר, כלומר הם בדרך כלל מכוונים לחיידקים ספציפיים, בניגוד לאנטיביוטיקה מסורתית שהורגת באופן נרחב חיידקים רצויים ובלתי רצויים כאחד. המשמעות היא שהם עלולים להסיר חיידקים לא רצויים מבלי להפר את האיזון העדין של מיקרוביום המעי האנושי החיוני לבריאות הכללית. ומכיוון שמנגנון הפעולה שלהם שונה מזה של אנטיביוטיקה מסורתית, הם עדיין יכולים להיות יעילים נגד פתוגנים שפיתחו עמידות לאנטיביוטיקה.
קשה לאתר מיקרוצינים בגנום של חיידק מכיוון שהרצפים הגנטיים שלהם קצרים ומגוונים מאוד. אז במקום זאת, הצוות החל לחפש גנומים של V. cholerae אחר חלבון גדול יותר בשם PCAT, הקשור למיקרוצינים ומסייע לייצא אותם מהחיידקים שמייצרים אותם כדי שיוכלו להגיע לחיידקים אחרים. זה כמו כשאתה משתמש בנקודת ציון בשכונה שלך כדי לעזור לחברים למצוא את הבית שלך ("אני במרחק שתי דלתות מתחנת הכיבוי").
החוקרים מצאו כשני תריסר מיקרוצינים מועמדים, כולם מזנים לא פתוגניים של V. cholerae. הם הראו שאחד מהמיקרוצינים הללו, המכונה MvcC, הורג זני V. cholerae פתוגניים. במילים אחרות, זהו נשק טבעי שזן חיידקי אחד משתמש בו כדי להתחרות על בני דודיו הקרובים.
"יש לך חיידקים במעיים שלך עכשיו שמייצרים מיקרוצינים," אמר דייויס. "הם חלק טבעי מהאופן שבו קהילות החיידקים שלך מתארגנות ומתחרות".
אז איך זני V. cholerae שמייצרים מיקרוצינים לא מרעילים את עצמם?
החוקרים גילו שזני ה-V. cholerae המייצרים מיקרוצינים מייצרים גם סוג של נוגדן, הנקרא פרוטאז חסינות. הם הוכיחו כי -; בעכברים שהמעיים שלהם נגועים בזנים פתוגניים ולא פתוגניים של V. cholerae -; החיידקים שהביעו מיקרוצינים התחרו על הזנים שלא.
החוקרים מתכננים להמשיך את עבודת הכולרה בשלוש דרכים:
- שינוי מוטציה נגד ויבריו מיקרוצין MvcC שלהם כדי להיות קטלני יותר ל-V. cholerae ומסוגל טוב יותר לעמוד בפני השפלה בגוף האדם.
- פיתוח שילובים של מיקרוצינים נגד ויבריו שונים למניעת התפתחות עמידות לאנטי מיקרוביאלית.
- מציאת זני חיידקים המייצרים מיקרוצין הם הטובים ביותר בייצור ואספקת מיקרוצינים לפתוגנים במעיים.
במאמר בנושא שיתפרסם בקרוב בכתב עת שנערך בביקורת עמיתים וזמין כהדפסה מוקדמת, החוקרים מתארים גישה חדשה מבוססת AI למציאת מיקרוצינים מועמדים נוספים. הגישה משתמשת חלבון LLMs -; אנלוגים ביולוגיים למודלים של שפות גדולות בינה מלאכותית בינה מלאכותית מאחורי צ'אטבוטים כגון ChatGPT -; למצוא רצפים הדומים למיקרוצינים ידועים. זוהי אחת מכמה גישות מבוססות בינה מלאכותית שהצוות מתנסה בהן, ולפי הרצון יובילו לגילויים נוספים של מיקרוצין.
"ביולוגיה של מיקרוצין היא מאוד ייחודית ומאוד לא נחקרת", אמר קלאוס וילקה, פרופסור ב-UT לביולוגיה אינטגרטיבית וסטטיסטיקה ומדעי נתונים, ומחבר שותף במאמר הקרוב. "ולכן, זה תחום טוב להיות בו, שבו יש עוד הרבה מה לעשות ולגלות".
מחקר זה נתמך על ידי קרן וולש, המכונים הלאומיים לבריאות, משרד המחקר של צבא ארה"ב, קרן משפחת וינקלר והוודקה בעבודת יד של טיטו.
