AI превърна токсичен метал в перфектния убиец на супербактерии

Не толкова отдавна търсенето на нови антибиотици приличаше на маратон: месеци или дори години на упорита работа с далеч не гарантирани резултати. Сега тази работа все по-често се извършва от машини. Учените са доказали, че автоматизираната химия може да синтезира и тества стотици вещества за няколко дни и все пак да излезе с обещаващ антибиотик – точно в момент, когато бактериалната резистентност към лекарства се превръща в една от основните заплахи за медицината.

Според различни оценки инфекциите, които вече не могат да бъдат лекувани с познатите лекарства, вече причиняват повече от един милион смъртни случая годишно. Тъй като старите антибиотици спират да действат, под заплаха са не само сложните операции, но и рутинните процедури – от смяна на стави до курсове химиотерапия.

Вместо поредния опит за „подобряване“ на вече познати лекарства, екип, ръководен от химика Анджело Фрай от Университета в Йорк е избрал път, който отдавна се смята за задънена улица. Става дума за съединения на метална основа.

В центъра на работата е роботизирана платформа за синтез, която съчетава автоматизацията с така наречената „клик химия“ – подход, при който молекулярните фрагменти бързо и надеждно се „сглобяват“ в по-сложни структури. Използвайки я, постдокторантът Дейвид Хъсбендс комбинира около 200 различни лиганда с пет метала само за една седмица. Резултатът е повече от 700 уникални метални комплекса – работа, която би отнела месеци в обикновена лаборатория.

След това всички получени съединения бяха биологично тествани. Изследователите провериха дали те са в състояние да унищожат бактериите, без да увреждат здравите човешки клетки. От стотиците варианти шест са достатъчно обещаващи, а един се откроява особено силно – комплекс на основата на иридий. Той показал ясно изразена антибактериална активност, включително срещу щамове, близки до MRSA, като същевременно не показал токсичност за човешките клетки.

Тази комбинация от свойства показва висок терапевтичен индекс – важен параметър за по-нататъшното разработване на лекарства. Самото естество на тези вещества също е от значение. За разлика от повечето съвременни антибиотици, които са плоски органични молекули на основата на въглерода, металните комплекси имат ясно изразена триизмерна структура. Това им позволява да взаимодействат с бактериите по различен начин и евентуално да заобикалят вече установените механизми на резистентност.

Откритията се вписват добре в общата картина. Според информацията, събрана от общността Open Antimicrobial Drug Discovery, вероятността металните съединения да са ефективни срещу бактериите е средно по-голяма и по-малко вероятно да са токсични, отколкото традиционните органични молекули. Това сериозно оспорва старите идеи за непригодността на такива вещества за медицината.

Самите автори подчертават, че основното тук дори не е конкретното намерено съединение. Много по-важни са скоростта и мащабът на търсенето.

Автоматизацията дава възможност за кратко време да се изследват обширни, досега почти недокоснати области от химическото пространство, което намалява разходите и прави търсенето на нови лекарства по-реалистично в условията на нарастваща криза.

Този подход има потенциал и извън медицината. Същият алгоритъм може да бъде адаптиран за намиране на нови катализатори и функционални материали, които са търсени в промишлеността. Сега екипът проучва как точно съединението на иридия влияе на бактериите и се готви да разшири експериментите с други метали и задачи.