（自動翻訳）
2024/11/20
AIは、次のスーパーバグと戦う薬を特定できる
大腸菌の耐性遺伝子とタンパク質を分析することで、研究者は現在および将来の抗菌薬耐性に対処するための治療を最適化することができます。
微生物の耐性変異を特定する現在の方法では、耐性が発現する他の方法を見逃す可能性があります。 (画像クレジット:koto_feja/iStock via Getty Images)
抗生物質耐性は、世界中で増大する公衆衛生問題です。大腸菌のような細菌が抗生物質に反応しなくなると、感染症の治療が難しくなります。
新しい抗生物質を開発するために、研究者は通常、細菌を耐性にする遺伝子を特定します。実験室での実験を通じて、細菌がさまざまな抗生物質にどのように反応するかを観察し、耐性株の遺伝子構成に変異が存在し、それが生存を可能にしているのを探します。
この方法は効果的ですが、時間がかかる場合があり、細菌がどのように耐性を持つようになるかの全体像を常に捉えているとは限りません。例えば、突然変異を伴わない遺伝子の働きの変化は、依然として耐性に影響を与える可能性があります。また、細菌は互いに耐性遺伝子を交換することもありますが、これは単一の株内の突然変異だけに着目していれば検出できないかもしれません。
同僚と私は、コンピューターモデリングによって大腸菌耐性遺伝子を特定する新しいアプローチを開発し、これらの遺伝子をブロックして既存の治療をより効果的にする新しい化合物を設計することを可能にしました。
2024/08/10
科学者たちは、細菌が抗生物質に抵抗することを可能にする秘密の「スイッチ」を発見しました - そしてそれは何十年にもわたって実験室でのテストを回避してきました
抵抗の特定
どの遺伝子が耐性に寄与しているかを予測するために、さまざまな大腸菌株のゲノムを解析し、耐性に関連する遺伝的パターンとマーカーを特定しました。次に、既存のデータで学習した機械学習アルゴリズムを使用して、耐性菌株間で共有される新しい遺伝子や突然変異、つまり耐性に寄与する可能性のあるものを強調しました。
大腸菌は、一般的な抗生物質に対する耐性を発達させる多くの細菌種の1つです。(画像クレジット:国立アレルギー感染症研究所/国立衛生研究所 Flickr経由、CC BY-NC)
耐性遺伝子を同定した後、これらの遺伝子が産生するタンパク質を特異的に標的とし、ブロックする阻害剤を設計しました。これらの遺伝子がコードするタンパク質の構造を解析することで、阻害剤を最適化して、これらの特定のタンパク質に強く結合させることができました。
細菌がこれらの阻害剤に対する耐性を進化させる可能性を減らすために、私たちは細菌の生存に重要なタンパク質をコードするゲノムの領域を標的としました。バクテリアが重要な機能を果たす方法に干渉することで、バクテリアがそれを補うメカニズムを開発するのがより困難になります。また、交差抵抗性を最小限に抑えるために、既存の抗生物質とは異なる働きを持つ化合物を優先しました。
最後に、当社の阻害剤が大腸菌の抗生物質耐性をどの程度効果的に克服できるかをテストしました。コンピュータシミュレーションを用いて、多くの阻害剤が標的タンパク質にどの程度強く結合するかを経時的に評価しました。ヘスペリジンと呼ばれる阻害剤の1つは、私たちが特定した耐性に関与する大腸菌の3つの遺伝子に強く結合することができ、抗生物質耐性株との闘いに役立つ可能性があることを示唆しています。
世界的な脅威
世界保健機関(WHO)は、抗菌薬耐性を世界の健康に対する脅威のトップ10の1つにランク付けしています。2019年、細菌性抗生物質耐性により、世界中で推定495万人が死亡しました。
既存の薬剤に対する耐性に関与する特定の遺伝子を標的とすることで、私たちのアプローチは、より効果的であるだけでなく、さらなる耐性に寄与する可能性が低い、挑戦的な細菌感染症の治療につながる可能性があります。また、研究者が進化する細菌の脅威に追いつくのにも役立ちます。
私たちの予測アプローチは、他の細菌株にも適応でき、よりパーソナライズされた治療戦略が可能になります。将来的には、医師は感染の原因となる細菌の特定の遺伝子構成に基づいて抗生物質治療を調整する可能性があり、より良い結果につながる可能性があります。
抗生物質耐性が世界的に増加し続ける中、私たちの調査結果は、この脅威と戦うための重要なツールを提供する可能性があります。私たちのメソッドを臨床で使用するには、さらなる開発が必要です。しかし、細菌の進化を先取りすることで、標的阻害剤は既存の抗生物質の有効性を維持し、耐性株の蔓延を減らすのに役立つ可能性があります。
