این پژوهش با همکاری مؤسسه تحقیقاتی «Citrini Research» و شرکت‌های زیست‌فناوری «Adaptyv Bio» و «Twist Bioscience» انجام شد. محققان از میان طرح‌های تولیدشده، ۲۱۱ مورد را برای بررسی آزمایشگاهی انتخاب کردند که ۱۷ طرح معیارهای تعیین‌شده برای اتصال به سموم را برآورده کردند.

قوی‌ترین طرح‌ها توانستند با میل ترکیبی بالا به یکی از سموم عقرب مکزیکی متصل شوند. با این حال، پژوهشگران تأکید دارند که این نتایج هنوز به معنای دستیابی به پادزهر مؤثر نیست و برای اثبات قابلیت درمانی این پروتئین‌ها، آزمایش‌های بیشتری لازم است.

طراحی صدها هزار پروتئین با هوش مصنوعی

نیش عقرب سالانه دست‌کم ۱.۲ میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار می‌دهد و بیش از ۳۲۵۰ مرگ به دنبال دارد. کودکان در مناطقی که دسترسی محدودی به خدمات درمانی دارند، از آسیب‌پذیرترین گروه‌ها محسوب می‌شوند.

پادزهرهای رایج معمولاً با تزریق مقادیر کنترل‌شده زهر به حیواناتی مانند اسب و استخراج آنتی‌بادی از خون آن‌ها تولید می‌شوند؛ فرایندی زمان‌بر که ممکن است ماه‌ها طول بکشد. همچنین، برخی از این پادزهرها تنها در برابر گروه محدودی از سموم کارایی دارند.

برای بررسی روشی جایگزین، آنتروپیک از یک مدل تحقیقاتی داخلی کلود برای طراحی پروتئین‌های کوچکی به نام «مینی‌بایندر» استفاده کرد. این پروتئین‌ها با هدف اتصال اختصاصی به مولکول‌های مشخص طراحی می‌شوند.

پروژه بر پنج نوروتوکسین مربوط به گونه‌هایی از عقرب در مکزیک، برزیل، شمال آفریقا و خاورمیانه متمرکز بود. کلود با بهره‌گیری از ۱۲ ابزار طراحی پروتئین، در مجموع ۳۱۸ هزار و ۴۸۴ طرح تولید کرد و بیش از ۵۵۳ هزار جفت پروتئین و سم را به‌صورت محاسباتی بررسی کرد. این فرایند معادل حدود ۱۰ هزار ساعت پردازش با واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) بود.

پس از درخواست اولیه و چهار مرحله پیگیری، هوش مصنوعی ۱۸۰ طرح را برای آزمایش پیشنهاد داد. پژوهشگران نیز ۳۱ طرح دیگر را به این مجموعه افزودند تا در مجموع ۲۱۱ کاندیدا مورد بررسی قرار گیرند. برخی از این پروتئین‌ها برای هدف‌گیری یک سم و برخی دیگر برای اتصال هم‌زمان به چند سم طراحی شده بودند.

موفقیت ۱۷ طرح در آزمایش‌های اتصال

شرکت‌های Adaptyv Bio و Twist Bioscience پروتئین‌های منتخب را تولید و آزمایش کردند. اتصال مولکول‌ها با روش «رزونانس پلاسمون سطحی» اندازه‌گیری شد؛ روشی که قدرت اتصال و سرعت جداشدن مولکول‌ها از یکدیگر را مشخص می‌کند.

برای تأیید هر طرح، نتایج هر دو آزمایشگاه باید معیارهای تعیین‌شده را برآورده می‌کرد و هیچ اتصال قابل‌تشخیصی به یک پروتئین انسانی غیرمرتبط، که به‌عنوان کنترل استفاده شده بود، نشان داده نمی‌شد.

از میان طرح‌های بررسی‌شده، ۱۷ مورد این شرایط را داشتند. هفت طرح به سم Cn2، چهار طرح به سموم AaH I و AaH II و دو طرح به سم LqhIII مربوط بودند. هیچ‌یک از طرح‌هایی که برای هدف‌گیری چند سم طراحی شده بودند، نتوانستند معیارهای لازم را برای بیش از یک سم برآورده کنند.

در میان ۶۰ طرحی که برای هدف‌گیری سموم منفرد طراحی شده بودند، ۱۱ مورد موفق شدند؛ یعنی نرخ موفقیت این گروه حدود ۱۸ درصد بود.

دو طرح برتر با نام‌های Cn2-B1 و Cn2-B2 اتصال بسیار قدرتمندی به سم هدف نشان دادند. آزمایش‌های رقابتی نیز حاکی از آن بود که این پروتئین‌ها به ناحیه‌ای نزدیک به محل اتصال آنتی‌بادی‌ای متصل می‌شوند که پیش‌تر توانایی خنثی‌سازی سم Cn2 را در موش نشان داده بود.

فاصله تا تولید پادزهر

با وجود نتایج امیدوارکننده، این پژوهش هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد. اتصال پروتئین‌ها فقط به سموم تولیدشده در آزمایشگاه بررسی شده و عملکرد آن‌ها در برابر زهر استخراج‌شده از عقرب‌ها مشخص نیست.

همچنین، هنوز شواهدی ارائه نشده است که نشان دهد این پروتئین‌ها می‌توانند فعالیت سم را در سلول‌ها خنثی کنند یا از حیوانات در برابر اثرات آن محافظت کنند.

پیش از آغاز مراحل توسعه بالینی، باید توانایی خنثی‌سازی زهر، ایمنی، پایداری و اثربخشی درمانی این پروتئین‌ها در آزمایش‌های تکمیلی بررسی شود.

آنتروپیک اعلام کرده است که هر ۲۱۱ طرح، ساختارهای پیش‌بینی‌شده و نتایج آزمایشگاهی را برای کمک به ادامه تحقیقات منتشر می‌کند. یافته‌های این پروژه در قالب یک گزارش فنی ارائه شده‌اند و هنوز در یک مجله علمی داوری‌شده منتشر نشده‌اند.

انتهای پیام