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펜실베니아 대학교 기계 생물학 그룹의 과학자들은 인공 지능을 사용하여 멸종된 유기체에서 항생제를 발견하는 획기적인 약물 발견 접근 방식을 개발했습니다. Cell Host and Microbe에 새로 발표된 연구에서 팀은 가장 가까운 인류 친척인 네안데르탈인과 데니소바인에서 항균 펩타이드(AMP)를 발견하기 위해 "분자 소멸" 기술을 사용하는 방법을 설명했습니다. 초기 테스트에서는 멸종된 인간 단백질에서 암호화된 새로 발견된 고대 펩타이드가 다양한 전임상 생체 내 모델에서 박테리아 감염에 대한 항감염 활성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 이번 성과는 항생제 및 기타 귀중한 생체분자 탐색의 새로운 장을 열 수 있으며, 과학자들은 AI를 활용하고 오랫동안 멸종된 유기체를 체계적으로 탐색하여 생명의 분자 다양성과 서열 공간을 더 잘 이해할 수 있도록 돕습니다.

선임이자 교신 저자인 César de la Fuente-Nunez 박사와 동료들은 "기계 학습을 통해 활성화된 항균 펩타이드의 분자 소멸"이라는 제목의 논문에서 자신들의 연구에 대해 보고했습니다. 연구팀은 논문에서 "이러한 결과는 기계 학습 기반의 암호화된 펩타이드(EP) 예측이 안정적이고 독성이 없는 AMP를 식별할 수 있음을 시사합니다. 우리는 항균 약물 발견을 위한 프레임워크로서 고단백질체 채굴을 통해 분자 멸종을 확립합니다."라고 결론지었습니다.

복원(Deextinction)이란 멸종된 종을 부활시키는 과정을 말하며, 주로 유기체 전체를 되살리는 데 중점을 두었습니다. 저자들은 “멸종된 유기체를 현존하는 환경에 다시 도입한다는 아이디어가 대중과 과학적 상상력을 사로잡았습니다.”라고 썼지만 이 개념은 “심오한 윤리적, 생태학적 질문”을 제기합니다. 대조적으로, 분자 멸종 복원은 현대의 과제를 해결하는 수단으로 완전한 유기체가 아닌 멸종된 분자(핵산, 단백질 및 살아있는 유기체에 의해 더 이상 암호화되지 않는 기타 화합물)를 부활시키는 것을 목표로 합니다. 연구진은 “분리된 화합물만 합성함으로써 분자 멸종은 전체 유기체 멸종으로 인한 많은 윤리적, 기술적 문제를 피할 수 있다”고 말했다. "이러한 분자는 기후 변화나 전염병 발생을 포함하여 과거 환경의 스트레스 요인과 유사한 미래 문제에 대한 방어를 강화함으로써 생의학적 또는 경제적 유용성이 있을 수 있습니다."

기술적으로 분자 복원은 유기체 전체의 부활에 비해 더 달성 가능하고 제어 가능한 과정을 제공합니다. 이 접근 방식은 기계 학습, 합성 생물학, 화학의 최신 기능을 활용하여 실험실 환경에서 멸종된 분자를 발견, 합성 및 테스트합니다. 그런 다음 과학자들은 이전에 탐구되지 않은 분자 서열 공간을 활용하고 멸종 복원 절차에 도전하지 않고도 이러한 분자의 진화 역사와 잠재적 기능에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

새로 보고된 연구에서 연구자들은 AI 기반 분자 소멸 전략을 사용하여 멸종되고 현존하는 인간 단백질 내에 숨겨진 항균 펩타이드(암호화된 펩타이드)를 찾아냈습니다. 이를 달성하기 위해 그들은 프로테옴 전체 절단 부위 예측을 위해 설계된 panCleave 기계 학습 모델을 활용했습니다. “이 오픈 소스 기계 학습(ML) 도구는 범프로테아제 절단 부위 분류기를 활용하여 컴퓨터 단백질 분해, 즉 인간 단백질을 펩타이드 단편으로 인실리코 소화하는 작업을 수행합니다.”라고 그들은 설명했습니다. 놀랍게도 과학자들은 이 기계 학습 모델이 팬-프로테아제 설계에도 불구하고 세 가지 현대 인간 카스파제에 대한 여러 프로테아제 특이적 절단 부위 분류기보다 성능이 우수하다는 사실을 발견했습니다.

시험관 내 실험에서는 기계 학습 접근 방식을 사용하여 확인된 최신 EP(MEP)와 고대 단백질 조각의 항균 활성이 밝혀졌습니다. 연구팀은 두 개의 전임상 마우스 모델에서 리드 펩타이드의 작용 메커니즘, 단백질 분해에 대한 저항성 및 항감염제로서의 효능을 이해하기 위해 리드 펩타이드를 추가로 평가했습니다. “panCleave로 확인된 현대 및 고대 단백질 단편에 대해 시험관 내에서 항균 활성이 관찰되었습니다. 납 펩타이드는 단백질 분해에 대한 저항성을 보였으며 다양한 막 투과성을 나타냈습니다.”라고 그들은 썼습니다.