Śmiertelny jad węża nie będzie już groźny? Naukowcy stworzyli "blokujące" białka

Każdego roku na skutek ukąszeń jadowitych węży umiera około 100 000 osób na całym świecie. Czemu są takie groźne? Jadowite węże wstrzykują mieszankę toksyn, spośród których jednymi z najgroźniejszych są tzw. toksyny o strukturze trzech palców. Mogą one sparaliżować mięśnie, zatrzymując pracę serca i płuc. Dlatego naukowcy wykorzystali sztuczną inteligencję do stworzenia białek, które skutecznie blokują działanie toksyn produkowanych przez kobry i inne jadowite węże. Swoje przełomowe badania opublikowali w czasopiśmie "Nature".

To odkrycie jest kolejnym przykładem praktycznego zastosowania badań, za które trójka naukowców otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2024 roku. W 2022 roku Timothy Jenkins, biotechnolog medyczny z Danii, natrafił na publikację zespołu Davida Bakera, biochemika z University of Washington School of Medicine w Seattle i jednego z laureatów Nagrody Nobla. W artykule opisano białka zaprojektowane przez AI, które potrafią wiązać się z określonymi cząsteczkami niczym "superklej".

To zainspirowało Jenkinsa do zadania sobie pytania: czy sztuczna inteligencja mogłaby wymyślić białko zdolne do unieszkodliwienia toksyn jadu węża? Współautor badania od lat zajmował się poszukiwaniem nowych metod leczenia ukąszeń węży. Dzięki sztucznej inteligencji naukowcy mogą teraz projektować białka zdolne do neutralizacji toksyn w sposób szybki i stosunkowo tani.

Jenkins i Baker połączyli siły, aby stworzyć takie białka za pomocą generatywnego modelu AI o nazwie RFdiffusion. Jest to darmowe narzędzie do projektowania białek, działające na zasadzie podobnej do AI generujących obrazy. RFdiffusion projektuje białka idealnie dopasowane do cząsteczek, które badacze chcą zneutralizować.

W laboratorium naukowcy przeprowadzili eksperyment na ludzkich komórkach wystawionych na działanie jadu plującej kobry. Normalnie w ciągu półtorej godziny komórki te ginęły. Jednak dodanie do nich zaprojektowanych przez AI białek już po pięciu minutach od kontaktu z toksyną zapobiegło jej śmiertelnemu działaniu.

Zespół Bakera wcześniej wytrenował model AI na wszystkich znanych strukturach białkowych oraz ich sekwencjach aminokwasowych, z których składają się białka. Następnie naukowcy rozłożyli te struktury na części, co pozwoliło AI nauczyć się ich składania na nowo – podobnie jak mechanik uczy się budowy silnika, rozbierając go na elementy.

Baker i Jenkins poprosili AI o zaprojektowanie białek zdolnych do wiązania się z toksynami jadu węży, a następnie odtworzyli te białka w laboratorium. Nowe cząsteczki działały jak magnetyczne nakładki na klucz – blokowały toksyny, uniemożliwiając im przyłączenie się do komórek organizmu.

Kiedy naukowcy podali myszom specjalnie zaprojektowane białka 15 minut po śmiertelnej dawce jadu kobry – lub jednocześnie z toksyną – każda z 20 badanych myszy przeżyła. "Byliśmy tym naprawdę podekscytowani" – przyznaje Jenkins, cytowany przez Science News. To wyraźny dowód na skuteczność nowej metody.

Teraz naukowcy chcą przekształcić swoje odkrycie w produkt, który można byłoby testować na ludziach. Hust podkreśla, że kluczowe będzie sprawdzenie, czy zaprojektowane białka są w pełni bezpieczne i nie wiążą się przypadkowo z innymi strukturami w organizmie człowieka.

Jenkins zgadza się z tą oceną. Nowe badanie to dopiero pierwszy krok na drodze do eliminacji skutków jadu węży. "Chcieliśmy przede wszystkim udowodnić, że ta zupełnie nowa technologia działa" – podsumowuje.