Μοντέλο μηχανικής μάθησης σχεδίασε νέες πρωτεΐνες που δεν εντοπίζονται στη φύση και οι οποίες υπόσχονται ασφαλέστερους, οικονομικότερους και πιο εύκολα προσβάσιμους αντιοφικούς ορούς
Νέες πρωτεΐνες που δεν εντοπίζονται στη φύση σχεδιάστηκαν από ερευνητές στις ΗΠΑ, στη Δανία και στη Βρετανία και υπόσχονται το τέλειο αντίδοτο για το δηλητήριο των φιδιών, το οποίο θα είναι ασφαλέστερο, πιο οικονομικό και πιο εύκολα προσβάσιμο σε σύγκριση με τους σημερινούς αντιοφικούς ορούς.
2 εκατομμύρια άνθρωποι δαγκώνονται από φίδι ετησίως
Κάθε χρόνο πάνω από 2 εκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως υφίστανται δάγκωμα φιδιού. Περισσότεροι από 10.000 εξ αυτών πεθαίνουν και 300.000 εμφανίζουν σοβαρές επιπλοκές που οδηγούν σε μακροχρόνια αναπηρία (παραμόρφωση και αδυναμία των άκρων, ακρωτηριασμοί κ.α.), σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ).
Η υποσαχάρια Αφρική, η Νότια Ασία, η Παπούα Νέα Γουινέα και η Λατινική Αμερική είναι μεταξύ των περιοχών του κόσμου όπου τα δηλητηριώδη φίδια αποτελούν σημαντικό κίνδυνο για τη δημόσια υγεία.
Η νέα προσπάθεια ανάπτυξης αποτελεσματικότερων αντιοφικών θεραπειών, της οποίας ηγήθηκαν επιστήμονες του Ινστιτούτου για τον Σχεδιασμό Πρωτεϊνών του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον και του Τεχνικού Πανεπιστημίου της Δανίας, δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature».
Με… αντιοφική δύναμη από το Μεξικό
Κύρια συγγραφέας της μελέτης ήταν η Σουζάνα Βάσκεζ Τόρες από το Τμήμα Βιοχημείας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της
Ουάσινγκτον. Η δρ Βάσκεζ Τόρες κατάγεται από το Κερέταρο στο Μεξικό – στη συγκεκριμένη περιοχή απαντώνται πολλές οχιές αλλά και κροταλίες.
Ετσι η ερευνήτρια είχε θέσει επί μακρόν ως στόχο την ανάπτυξη νέων θεραπειών για τα δαγκώματα φιδιών.
Εξουδετέρωση του δηλητηρίου φιδιών της οικογένειας Elapidae
Η ερευνητική ομάδα της στην οποία περιλαμβάνονταν επίσης εξέχοντες ειδικοί στην έρευνα, στις θεραπείες και στις διαγνωστικές μεθόδους για τα δαγκώματα φιδιών και την τροπική ιατρική από το Ηνωμένο Βασίλειο και τη Δανία, επικεντρώθηκε στην εξουδετέρωση του δηλητηρίου ορισμένων φιδιών της οικογένειας Elapidae η οποία περιλαμβάνει πολλά δηλητηριώδη φίδια μεταξύ των οποίων οι κόμπρες και οι μάμπες.
Οι εν δυνάμει θανατηφόρες τοξίνες με τα… τρία δάχτυλα
Τα περισσότερα είδη της οικογένειας Elapidae έχουν δύο μικρά δόντια που μοιάζουν με βελόνες. Οταν τα φίδια δαγκώνουν το θύμα τους, τα δόντια αυτά εγχέουν δηλητήριο από αδένες που βρίσκονται στο πίσω μέρος της σιαγόνας τους. Μεταξύ των συστατικών του δηλητηρίου περιλαμβάνονται εν δυνάμει θανατηφόρες τοξίνες (three-finger toxins, 3FTx) οι οποίες προκαλούν βλάβες στους ιστούς σκοτώνοντας τα κύτταρα ενώ παράλληλα διακόπτουν τα σήματα μεταξύ των νεύρων και των μυών με αποτέλεσμα να μπορούν να προκαλέσουν παράλυση και θάνατο.
Τα μειονεκτήματα της υπάρχουσας αντισωματικής θεραπείας
Σήμερα η θεραπεία που χορηγείται για το δάγκωμα φιδιών της οικογένειας Elapidae βασίζεται σε αντισώματα τα οποία λαμβάνονται από το πλάσμα ζώων που έχουν ανοσοποιηθεί ενάντια στην τοξίνη των φιδιών. Η παραγωγή αυτών των αντισωμάτων είναι κοστοβόρος ενώ τα αντισώματα έχουν περιορισμένη αποτελεσματικότητα ενάντια στις τοξίνες 3FTx. Η συγκεκριμένη θεραπεία συνδέεται επίσης με σημαντικές παρενέργειες όπως η σοβαρή αναπνευστική δυσχέρεια. «Οι προσπάθειες ανάπτυξης νέων θεραπειών είναι αργές και δύσκολες» επεσήμανε η δρ Βάσκεζ Τόρες.
Οι πρωτεΐνες-«τέκνα» της βαθιάς μηχανικής μάθησης
Η ερευνήτρια και η υπόλοιπη ομάδα χρησιμοποίησε υπολογιστικές μεθόδους βαθιάς μηχανικής μάθησης προκειμένου να επιταχύνει τη διαδικασία ανακάλυψης αποτελεσματικότερων αντιοφικών θεραπειών. Οι ερευνητές δημιούργησαν νέες πρωτεΐνες οι οποίες «έβαλαν φρένο» στις νευροτοξικές και κυτταροτοξικές ιδιότητες των τοξινών 3FTx μέσω της πρόσδεσής τους επάνω τους.
Εξουδετέρωση των νευροτοξινών, προστασία των πειραματοζώων
Σε πειράματα στο εργαστήριο οι πρωτεΐνες που σχεδίασαν οι επιστήμονες και οι οποίες δεν απαντώνται στη φύση κατάφεραν να εξουδετερώσουν και τις τρεις υποκατηγορίες τοξινών 3FTx που εξετάστηκαν. Οταν μάλιστα χορηγήθηκαν σε ποντίκια, οι πρωτεΐνες- «τέκνα» της μηχανικής μάθησης προστάτευσαν τα πειραματόζωα από μια θεωρούμενη φονική έκθεση σε νευροτοξίνη.
Τα πλεονεκτήματα των νέων πρωτεϊνών
Οι νέες πρωτεΐνες που έχουν σχεδιαστεί στο εργαστήριο διαθέτουν σημαντικά πλεονεκτήματα, σύμφωνα με τους ερευνητές. Καταρχάς μπορούν να έχουν σταθερή ποιότητα παραγόμενες μέσω τεχνολογιών ανασυνδυασμού του DNA αντί μέσω της ανοσοποίησης ζώων, όπως συμβαίνει σήμερα (στην περίπτωσή μας οι τεχνολογίες αυτές αναφέρονται στις εργαστηριακές μεθόδους που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές προκειμένου να παραγάγουν ένα σχέδιο πρωτεΐνης μέσω υπολογιστή και να συνθέσουν αυτή την πρωτεΐνη).
Το (μικρό) μέγεθος μετράει
Επιπλέον οι σχεδιασμένες στο εργαστήριο αντιοφικές πρωτεΐνες είναι μικρές σε μέγεθος σε σύγκριση με τα αντισώματα – το μικρότερο μέγεθός τους επιτρέπει την καλύτερη διείσδυσή τους στους ιστούς, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε ταχύτερη εξουδετέρωση των τοξινών και σε περιορισμό της βλάβης που αυτές μπορούν να προκαλέσουν στον οργανισμό.
Ελπίδα και για άλλα αντίδοτα αλλά και για παραμελημένες νόσους
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι υπολογιστικές μέθοδοι που χρησιμοποίησαν για την ανάπτυξη των αντιοφικών θεραπειών μπορούν να εφαρμοστούν για τη δημιουργία και άλλων αντιδότων αλλά και για την ανακάλυψη φαρμάκων ενάντια σε νόσους για τις οποίες δεν υπάρχουν αυτή τη στιγμή θεραπείες. «Η μεθοδολογία υπολογιστικού σχεδιασμού μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος ανάπτυξης θεραπειών για παραμελημένες τροπικές ασθένειες» έγραψαν οι επιστήμονες στη μελέτη τους.
Αίτηση για κατοχύρωση πατέντας
Σημειώνεται ότι το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον έχει υποβάλει αίτηση στις ΗΠΑ για κατοχύρωση πατέντας σε ό,τι αφορά τον σχεδιασμό και τη σύνθεση των αντιοφικών πρωτεϊνών που δημιούργησε.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου