Yapay zeka tabanlı bir yaklaşım kullanan araştırmacılar, Alzheimer ve diğer demans türlerinden muzdarip kişilere yaygın olarak reçete edilen galantamin ilacını oluşturmanın daha iyi bir yolunu buldular. Fermantasyona dayalı teknik ilacın ulaşılabilirliğini artırabilir.
Bakteriler belki de en çok boğaz enfeksiyonu ve zatürre gibi hastalıklara yol açmalarıyla biliniyor olsa da, bu küçük mikroplar kimyasal süreçlerde işgücü olarak kullanılmak üzere de programlanabiliyor. Örneğin, probiyotik Lactobacillus reuteri'nin vücutta romatoid artrit ilacı salgılamak üzere genetik olarak tasarlandığını ve modifiye edilmiş bir E.coli Nissle 1917 suşunun anti-Parkinson Hastalığı ilacı L-DOPA üretmek için kullanıldığını görüyoruz.
Şimdi, Teksas Üniversitesi'nden (UT) bir araştırma ekibi, bu kez demans karşıtı ilaç galantamin üretmek için bir kez daha E. Coli'ye başvurdu. Galantamin, Alzheimer hastalığı ve diğer demans vakalarında sıklıkla bozulan önemli bir nörotransmitter olan asetilkolinin beyindeki parçalanmasını yavaşlatarak çalışır. Galantamindeki aktif bileşen tipik olarak nergislerden elde edilir, ancak bu üretim yöntemi zaman alır ve herhangi bir ürünün yetiştirilmesi ve hasat edilmesinde karşılaşılan zorluklara tabidir.
İlacı farklı bir yolla üretmek için UT ekibi, E. Coli bakterisini genetik olarak galantamin yapı taşı 4'-O-Metilnorbelladin'i metabolik fermantasyon sürecinin normal bir parçası olarak üretecek şekilde tasarladı. Bu bileşik normalde nergislerden elde edilir ve diğer şeylerin yanı sıra kanserle savaşan ve viral ve mantar enfeksiyonlarıyla mücadele eden ilaçlarda da kullanılır.
Moleküler biyolojik bilimler profesörü ve çalışmanın yazarlarından biri olan Andrew Ellington, "Amaç, bunun gibi ilaçları eninde sonunda büyük miktarlarda fermente etmektir" dedi. "Bu yöntem, üretimi çok daha ucuz olan güvenilir bir tedarik yaratıyor. Büyüme mevsimi yoktur ve kuraklık ya da sellerden etkilenmez."
Yapay Zekanın Gücünden Yararlanmak
Mutasyona uğratılmış E. Coli'yi geliştirmek için araştırmacılar, ekip üyelerinden birinin icat ettiği MutComputeX adlı bir yapay zeka sistemi kullandılar. Bu sistem, hedef kimyasalın üretimine yol açacak olanları bulmak için bakteri içindeki proteinlere yönelik binlerce potansiyel mutasyonu analiz edebildi. Sistem ayrıca bakterilerin en verimli şekilde ve optimum sıcaklıklarda çalışmasını sağlayacak mutasyonları da analiz etti.
MutComputeX'i geliştiren UT Makine Öğreniminin Temelleri Enstitüsü Derin Proteinler araştırma grubunda doktora sonrası araştırmacı olan Danny Diaz, "Bu sistem, bakterilerin hedef molekülü üretmede daha verimli olmasını sağlayacak mutasyonların belirlenmesine yardımcı oldu" dedi. "Bazı durumlarda, nergislerde bulunan doğal sistemin üç katına kadar daha verimli oldu."
Giderek Parlıyor
İlaç geliştirme sürecini daha da verimli hale getirmek için ekip, istenen ilacın varlığında yeşil renkte parlayan floresan bir biyosensör de yarattı. Bu da numune analizini süper hızlı hale getirdi.
Daha önce UT Austin'de ve şimdi Harvard Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan ve makalenin ilk yazarı Simon d'Oelsnitz, "Biyosensör, eskiden her biri beş dakika gibi bir süre alan örnekleri saniyeler içinde test etmemizi ve analiz etmemizi sağlıyor" dedi. "Ve makine öğrenimi programı, adayları on binlercesinden onlarcasına kadar kolayca daraltmamızı sağlıyor. Bunlar bir araya getirildiğinde gerçekten güçlü araçlar."
Bakteriler daha önce de ilaç üretmek için kullanılmış olsa da, gördüğümüz gibi, nergis ekstraksiyon yöntemine alternatif olarak bakteri bazlı bir fermantasyon sürecinin kullanılması tamamen yenidir. Bu yöntemin, Galantamin de dahil olmak üzere kritik ilaçların laboratuvarda daha güvenilir ve uygun maliyetli bir şekilde üretilmesi için ileriye dönük bir yol sunması umuluyor.