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A investigação orientada pela IA está a revolucionar a descoberta de antibióticos ao identificar compostos como o semapimod, que pode combater bactérias adormecidas e violar as defesas de bactérias Gram-negativas resistentes. Crédito: SciTechDaily.com
A maioria dos antibióticos tem como alvo bactérias metabolicamente ativas, mas com inteligência artificial, os pesquisadores podem rastrear com eficiência compostos que são letais para micróbios adormecidos.
Desde a década de 1970, a descoberta moderna de antibióticos tem experimentado uma pausa. Agora a Organização Mundial da Saúde declarado a crise da resistência antimicrobiana como uma das 10 principais ameaças globais à saúde pública.
Quando uma infecção é tratada repetidamente, os médicos correm o risco de as bactérias se tornarem resistentes aos antibióticos. Mas por que uma infecção retornaria após tratamento antibiótico adequado? Uma possibilidade bem documentada é que as bactérias estejam a tornar-se metabolicamente inertes, escapando à detecção dos antibióticos tradicionais que apenas respondem à actividade metabólica. Quando o perigo passa, as bactérias voltam à vida e a infecção reaparece.
Imagem de um vídeo de microscopia de lapso de tempo de células de E. coli tratadas com semapimod na presença de SYTOX Blue. Crédito: Imagem cortesia dos pesquisadores
O papel da IA na pesquisa de antibióticos
“A resistência está acontecendo cada vez mais com o tempo, e as infecções recorrentes são devidas a essa dormência”, diz Jackie Valeri, ex- Bolsista MIT-Takeda (centrado dentro do COM Abdul Latif Jameel Clinic for Machine Learning in Health), que recentemente obteve seu doutorado em engenharia biológica pelo Collins Lab. Valeri é o primeiro autor de um novo artigo publicado na edição impressa deste mês da Biologia Química Celular que demonstra como aprendizado de máquina poderia ajudar a rastrear compostos que são letais para bactérias adormecidas.
Contos sobre a resiliência bacteriana “semelhante a uma pessoa adormecida” não são novidade para a comunidade científica – antigas cepas bacterianas que datam de 100 milhões de anos atrás foram descoberto nos últimos anos vivo em um estado de economia de energia no fundo do oceano Pacífico.
O corpo docente de Ciências da Vida da MIT Jameel Clinic, James J. Collins, professor Termeer de Engenharia Médica e Ciência no Instituto de Engenharia Médica e Ciência e Departamento de Engenharia Biológica do MIT, recentemente ganhou as manchetes por usar IA para descobrir uma nova classe de antibióticos, que é parte da missão mais ampla do grupo de usar IA para expandir drasticamente os antibióticos existentes disponíveis.
Desafios no Combate à Resistência Bacteriana
De acordo com um artigo publicado pela A Lancetaem 2019, 1,27 milhões de mortes poderiam ter sido evitadas se as infecções tivessem sido suscetíveis a medicamentos, e um dos muitos desafios que os investigadores enfrentam é encontrar antibióticos capazes de atingir bactérias metabolicamente inativas.
Neste caso, os pesquisadores do Laboratório Collins empregaram IA para acelerar o processo de descoberta de propriedades antibióticas em compostos medicamentosos conhecidos. Com milhões de moléculas, o processo pode levar anos, mas os investigadores conseguiram identificar um composto chamado semapimod durante um fim de semana, graças à capacidade da IA de realizar rastreios de alto rendimento.
Vídeo de microscopia de lapso de tempo de células de E. coli tratadas com semapimod na presença de SYTOX Blue. Crédito: Imagem cortesia dos pesquisadores
Dupla funcionalidade do Semapimod
Um medicamento antiinflamatório normalmente usado para a doença de Crohn, os pesquisadores descobriram que o semapimod também era eficaz contra a doença de fase estacionária. Escherichia coli e Acinetobacter baumannii.
Outra revelação foi a capacidade do semapimod de romper as membranas das chamadas bactérias “Gram-negativas”, que são conhecidas pela sua elevada resistência intrínseca aos antibióticos devido à sua membrana externa mais espessa e menos penetrável.
Exemplos de bactérias Gram-negativas incluem E. coli, A.baumannii, Salmonelae Pseudomonistodos eles difíceis de encontrar novos antibióticos.
“Uma das maneiras pelas quais descobrimos o mecanismo do sema (sic) foi que sua estrutura era muito grande e nos lembrou de outras coisas que têm como alvo a membrana externa”, explica Valeri. “Quando você começa a trabalhar com muitas moléculas pequenas… aos nossos olhos, é uma estrutura bastante única.”
Ao romper um componente da membrana externa, o semapimod sensibiliza as bactérias Gram-negativas a medicamentos que normalmente só são ativos contra bactérias Gram-positivas.
Valeri relembra uma citação de um artigo de 2013 publicado em Tendências Biotecnologia: “Para infecções por Gram-positivos, precisamos de medicamentos melhores, mas para infecções por Gram-negativos precisamos de quaisquer medicamentos.”
Referência: “Descoberta de antibióticos que matam seletivamente bactérias metabolicamente inativas” por Erica J. Zheng, Jacqueline A. Valeri, Ian W. Andrews, Aarti Krishnan, Parijat Bandyopadhyay, Melis N. Anahtar, Alice Herneisen, Fabian Schulte, Brooke Linnehan, Felix Wong, Jonathan M. Stokes, Lars D. Renner, Sebastian Lourido e James J. Collins, 28 de novembro de 2023, Biologia Química Celular.
DOI: 10.1016/j.chembiol.2023.10.026
