موفقیت ۱۰۰٪ در مقابله با سم کشنده کبرا توسط پروتئین‌های ضد سم هوش مصنوعی برنده نوبل
دیوید بیکر، برنده جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴، رهبری مطالعه‌ای را به عهده داشته است که تلاش می‌کند درمان نیش مارها را به شکل جدیدی تعریف کند. این مطالعه به توصیف چگونگی غیرموثر کردن سموم کشنده در بزاق مار با پروتئین‌های طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی می‌پردازد—رویکردی که امید دارد اثربخش‌تر، ایمن‌تر و ارزان‌تر شود.
سوزانا وازکز تورس، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر در آزمایشگاه بیکر در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن گفت: «من معتقدم طراحی پروتئین به دسترسی بهتر درمان‌های نیش مار برای مردم در کشورهای در حال توسعه کمک خواهد کرد.»
یک بحران جهانی نیازمند نوآوری
طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت، نیش مارها سالانه ۱٫۸ تا ۲٫۷ میلیون نفر را تحت تأثیر قرار می‌دهند و سبب حدود ۱۰۰ هزار مرگ و سه برابر همان تعداد ناتوانی دائمی می‌شوند. قربانیان عمدتاً در مناطقی با سیستم‌های بهداشتی ضعیف مانند آفریقا، آسیا و آمریکای لاتین هستند. ضدسم‌های سنتی که از پلاسمای حیوانات به‌دست می‌آیند، دارای نقصان‌های مهمی هستند: هزینه‌های بالا، کارآیی محدود و عوارض جانبی جدی.
تنوع سم‌های مار نیز درمان را مشکل‌تر می‌کند، زیرا ضدسم‌های فعلی معمولاً بر روی گونه‌های خاصی متمرکزند. اما پیشرفت‌های در تحقیقات سموم و ابزارهای محاسباتی به‌سرعت یک دوره جدید در درمان نیش مارها را شکل می‌دهند.
تیم بیکر، با همکاری تیموتی پاتریک جنکینز از دانشگاه فنی دانمارک (DTU)، از هوش مصنوعی برای طراحی پروتئین‌هایی استفاده کرد که به سم‌های سه انگشتی که از مرگبارترین اجزای سم کبرایند متصل و خنثی می‌کنند. این سموم به دلیل اجتناب از سیستم ایمنی شناخته شده‌اند و درمان‌های معمول را ناکارآمد می‌سازند.
در آزمایش‌ها، ضد سم‌های جدید نرخ بقا ۸۰ تا ۱۰۰ درصدی را در موش‌هایی که در معرض دوزهای کشنده سم‌های سه انگشتی قرار گرفتند به همراه داشتند. در حالی که آنها هنوز به پیچیدگی کامل سم مار نرسیده‌اند، این موفقیت نشان‌دهنده یک گام مهم به‌سوی درمان‌های هدفمند و مؤثر است.
بیکر گفت: «ضد سم‌هایی که ما ساخته‌ایم به راحتی و تنها با استفاده از روش‌های محاسباتی کشف می‌شوند. آنها همچنین ارزان برای تولید و در آزمایش‌های آزمایشگاهی مقاوم هستند.»
درمان‌های مقرون‌به‌صرفه و سریع‌الاثر
پروتئین‌های جدید که با استفاده از میکروب‌ها تولید می‌شوند، نیاز به ایمن‌سازی حیوانات را از بین می‌برند و احتمالاً هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهند. اندازه کوچک آنها ممکن است به آنها اجازه دهد که بهتر به بافت‌ها نفوذ کنند و سموم را سریع‌تر از درمان‌های کنونی خنثی سازند.
تیموتی پاتریک جنکینز توانایی‌های گسترده‌تری را برجسته کرد: «نتیجه شگفت‌انگیز آن، حفاظت نوتوکسینی چشمگیری است که ارائه کردند. اما یکی از مزایای افزوده این پروتئین‌های طراحی شده اینست که بسیار کوچک هستند—تا آنجا که انتظار داریم بهتر به بافت نفوذ کنند و احتمالاً سموم را سریع‌تر از آنتی‌بادی‌های فعلی خنثی سازند. و چون پروتئین‌ها کاملاً با استفاده از نرم‌افزارهای هوش مصنوعی بر روی کامپیوتر خلق شدند، ما به طرز چشمگیری زمان لازم برای مرحله کشف را کاهش دادیم.»
شایان ذکر است که ضدسم‌های معمول به عنوان بسیار مفید در مقابل نیش مار شناخته می‌شوند و تیم آنها را به احتمال بالا ضروری دانسته است. با این حال، پروتئین‌های جدید هوش مصنوعی می‌توانند مکمل درمان‌های موجود باشند یا به عنوان آزمایش‌هایی برای پروتئین‌های آینده عمل کنند که ممکن است به اندازه کافی خوب باشند تا به تنهایی عمل کنند.
روش طراحی پروتئین با هوش مصنوعی همچنین ممکن است در کشف مؤثر داروها برای سایر بیماری‌ها، مانند آن‌هایی که توسط ویروس‌ها ایجاد می‌شوند کمک کند. این رویکرد می‌تواند به درمان‌های مقرون‌به‌صرفه‌ای برای هر دو بیماری‌های نادر و شایع منجر شود زیرا به منابع کمتری نسبت به داروی بر اساس آزمایشگاه نیاز دارد.
این مطالعه در Nature منتشر شده است.
