Новый процесс может активизировать поиск натуральных препаратов для лечения рака, вирусных инфекций
Исследователи из Отделения вычислительной биологии Университета Карнеги-Меллона в Школе компьютерных наук разработали новый процесс, который может активизировать поиск натуральных препаратов для лечения рака, вирусных инфекций и других заболеваний.
Алгоритмы машинного обучения, разработанные Лабораторией Метаболомики и метагеномики, сопоставляют сигналы метаболитов микроба с его геномными сигналами и определяют, какие из них, вероятно, соответствуют натуральному продукту. Зная это, исследователи лучше подготовлены к выделению натурального продукта, чтобы начать его разработку для возможного лекарства.
«Натуральные продукты по-прежнему являются одним из самых успешных путей для открытия лекарств. И мы думаем, что сможем продвинуться дальше с помощью такого алгоритма, как наш. Наша вычислительная модель на порядки быстрее и чувствительнее», - говорит Бахар Бехсаз, Ведущий автор исследования и научный сотрудник проекта, Университет Карнеги-Меллон.
В одном исследовании команда смогла сканировать метаболомику и геномные данные примерно для 200 штаммов микробов. Алгоритм не только определил сотни натуральных препаратов, которые исследователи ожидали найти, но и обнаружил четыре новых натуральных продукта, которые кажутся перспективными для будущей разработки лекарств. Работа группы была недавно опубликована в журнале Nature Communications.
В статье "Интеграция геномики и метаболомики для масштабируемого открытия небрибосомных пептидов" описывается разработка командой NRPminer-инструмента искусственного интеллекта, помогающего обнаруживать небрибосомные пептиды (NRPs). NRPS являются важным типом натурального продукта и используются для производства многих антибиотиков, противоопухолевых препаратов и других клинически используемых лекарств. Однако их трудно обнаружить и еще труднее определить как потенциально полезные.
«Уникальность нашего подхода заключается в том, что наша технология очень чувствительна, - сказал Хосейн Мохимани, доцент и руководитель лаборатории. - Мы можем обнаружить то, что раньше было недоступно».
Большинство антибиотиков, противогрибковых и многих противоопухолевых препаратов, обнаруженных и широко используемых, пришли из натуральных продуктов.
Пенициллин является одним из наиболее используемых и известных препаратов, полученных из натуральных продуктов. Это было, в частности, обнаружено случайно, как и многие лекарства, изготовленные из натуральных продуктов. Но повторить эту случайность трудно. Попытка раскрыть природные продукты также требует времени и труда, часто занимая годы и миллионы долларов.
К сожалению, в последние десятилетия крупные фармацевтические компании в основном отказались от поиска новых натуральных продуктов.
Однако, применяя алгоритмы машинного обучения к изучению геномики, исследователи создали новые возможности для выявления и выделения полезных природных продуктов.
«Мы надеемся, что сможем продвинуть этот процесс вперед и открыть другие естественные кандидаты на лекарства, а затем перевести их в фазу, которая будет привлекательна для фармацевтических компаний, - сказал Мохимани. - Мы с Бахаром Бехсазом расширяем методы обнаружения на различные классы натуральных продуктов в масштабах, пригодных для коммерциализации».
Команда уже исследует четыре новых натуральных продукта, обнаруженных в ходе их исследования.
Эти продукты анализируются группой под руководством Хельги Боде, главы Института молекулярной биологии Университета Гете в Германии, и было обнаружено, что два из них обладают потенциальными противомалярийными свойствами.