de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania hat mithilfe von Künstlicher Intelligenz in Prionenproteinen, die traditionell mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, eine Klasse kurzer Peptide namens „Prionine“ entdeckt, die das Potenzial haben, Bakterien abzutöten. Diese Entdeckung erweitert das Verständnis darüber, wo Antibiotika versteckt sein könnten, und bietet eine neue Kandidatenquelle zur Bekämpfung resistenter bakterieller Infektionen. Die Studie wurde in Nature Microbiology veröffentlicht.
Lange Zeit waren Prionen, diese fehlgefalteten Proteine, hauptsächlich mit seltenen und tödlichen degenerativen Hirnerkrankungen assoziiert. Frühere vereinzelte Studien deuteten darauf hin, dass bestimmte Fragmente von Proteinen, die mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung stehen, wie Beta-Amyloid und zelluläres Prionprotein, möglicherweise antimikrobielle Wirkungen haben, es fehlte jedoch an einer groß angelegten systematischen Suche. Das Team der University of Pennsylvania nutzte die Deep-Learning-Plattform APEX 1.1, um 19,3 Millionen kurze Peptidfragmente aus 2897 Prionen und prionähnlichen Proteinen zu scannen. Basierend auf der vorhergesagten antibiotischen Aktivität identifizierten sie 1179 Kandidaten für antimikrobielle Peptide, die sie „Prionine“ nannten.
Basierend auf den Vorhersagen der Plattform gegen 11 verschiedene bakterielle Krankheitserreger (einschließlich resistenter Stämme) wählte das Forschungsteam 75 der vielversprechendsten Peptide für experimentelle Validierungen aus. Die Ergebnisse zeigten, dass 59 dieser Peptide mindestens einen bakteriellen Krankheitserreger hemmten und 42 bei niedrigen Konzentrationen eine starke Aktivität aufwiesen. Weitere Experimente ergaben, dass viele aktive Prionine ihre antibakterielle Wirkung durch die Zerstörung der Bakterienmembran entfalten und eine geringe Toxizität aufweisen. 16 aktive Peptide verursachten bei der höchsten getesteten Konzentration keine messbaren Schäden an menschlichen Zellen oder roten Blutkörperchen.
Um die praktische Wirksamkeit zu überprüfen, testeten die Forscher zwei Prionine, die aus Pilzen bzw. Spulwürmern stammen, in Mausmodellen. In einem Standard-Hautinfektionsmodell, das durch den resistenten Krankheitserreger Acinetobacter baumannii verursacht wurde, senkten beide Peptide die Bakterienlast, mit einer Wirksamkeit vergleichbar der von Polymyxin B, und es wurde keine behandlungsbedingte Gewichtsabnahme beobachtet.
Der leitende Autor der Studie, Dr. César de la Fuente (FRSB), wies darauf hin, dass diese Arbeit die Ansicht darüber verändert, wo Antibiotika versteckt sein könnten. Künstliche Intelligenz habe in Proteinen wie Prionen, die lange als Synonym für Krankheiten galten, die Möglichkeit entdeckt, nützliche Moleküle zu kodieren. Der Co-Erstautor der Studie, Marcelo D. T. Torres, erklärte, dass die KI-Suche eine kurze Liste von Kandidaten geliefert habe und die tatsächliche Wirksamkeit vieler Moleküle im Labor und in Tierinfektionsmodellen diese Studie zu einer echten Entdeckungsplattform mache.
Die Studie baut auf der breiteren Arbeit des de la Fuente-Labors auf, „verschlüsselte Peptide“ (encrypted peptides) aus der biologischen Welt zu gewinnen. Das Team hatte zuvor bereits Quellen wie menschliche Proteine, ausgestorbene Organismen, Archaeen, das Mikrobiom und Gifte durchsucht. Diese Studie erweitert den Blickwinkel auf Prionen und prionähnliche Proteine und eröffnet neue Möglichkeiten an der Schnittstelle zwischen neurodegenerativen Erkrankungen und der angeborenen Immunität. Die Forscher betonen jedoch, dass die Arbeit nicht beweise, dass Prionine während einer natürlichen Infektion freigesetzt werden, noch ändere sie das Verständnis der krankheitsverursachenden Rolle fehlgefalteter Prionen bei neurodegenerativen Erkrankungen. Ihre Kernbedeutung liege darin zu zeigen, dass diese Proteine eine reichhaltige und zuvor übersehene Quelle von Antibiotika-Kandidaten sein könnten, und sie biete eine neue Richtung für die Untersuchung des potenziellen Zusammenhangs zwischen Proteinaggregation und Wirtsabwehr.
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