Штучний інтелект за 15 хвилин знищив бактерію, яку визнали критичною загрозою людству

Дослідники створили за допомогою машинного навчання пептид CIT8, здатний знищувати Acine­to­bac­ter bau­man­nii — одну з найнебезпечніших лікарняних бактерій у світі. У лабораторних експериментах речовина скорочувала кількість бактерій із 50 мільйонів до невизначуваного рівня менш ніж за 15 хвилин. Крім того, пептид відновлював дієвість меропенему — антибіотика, який давно втратив ефективність проти стійких штамів.

CIT8 — коротка молекула з 13 амінокислот. Алгоритм підібрав її, проаналізувавши понад 14 000 антимікробних сполук, перевірених експериментально. Спершу розробка була спрямована проти стійкого до антибіотиків золотистого стафілокока, однак з’ясувалося, що пептид діє й на Acine­to­bac­ter bau­man­nii. Цей збудник особливо небезпечний у лікарнях через стійкість до карбапенемів — антибіотиків, які застосовують у найважчих випадках. Всесвітня організація охорони здоров’я відносить карбапенем-резистентний A. bau­man­nii до патогенів критичного пріоритету.

У випробуваннях CIT8 діяв на 15 із 16 клінічних ізолятів бактерії. При вищій концентрації він знищував мікроби швидше за поліміксин B — антибіотик резервного застосування: пептиду вистачало менш ніж 15 хвилин, тоді як поліміксину B залежно від штаму потрібно від 30 хвилин до двох годин. Меропенем за тих самих умов практично не давав ефекту.

Механізм дії пептиду пов’язаний із руйнуванням оболонки бактеріальної клітини. Після контакту з CIT8 мембрана втрачає здатність підтримувати електричний потенціал, у ній утворюються пошкодження, а з клітини виходить АТФ — молекула, необхідна для зберігання і передачі енергії. Електронна мікроскопія зафіксувала деформацію поверхні бактерій. Комп’ютерне моделювання пояснило ефективність сполуки: чотири заміни амінокислот зміцнили її спіральну структуру й покращили взаємодію з мембраною.

Особливо перспективним виявилося поєднання CIT8 з меропенемом. Разом речовини знищували значно більше бактерій, ніж кожна окремо. Дослідники припускають, що пептид пошкоджує зовнішню мембрану й тим самим відкриває антибіотику доступ до його мішеней — механізму, який раніше був заблокований.

У тестах на клітинах шкіри та ниркового епітелію людини CIT8 не проявляв токсичності навіть при концентраціях, що у 32 рази перевищували терапевтичну. Модифікована версія пептиду — CIT8‑D — краще пригнічувала бактеріальні біоплівки, але мала вужче вікно безпеки.

Наступний крок — перевірити стабільність CIT8 у біологічних рідинах і його вплив на живий організм. До завершення доклінічних випробувань стверджувати, що пептид стане безпечним і ефективним препаратом для людей, зарано.