پژوهشگران با بهره‌گیری از هوش مصنوعی و فناوری نانو، گام بلندی در طراحی و بهبود پپتیدهای ضد میکروبی برداشته‌اند؛ مولکول‌هایی که می‌توانند جایگزین مؤثر و ایمن آنتی‌بیوتیک‌های سنتی شوند. این دستاورد می‌تواند انقلابی در درمان عفونت‌های مقاوم، پزشکی بازساختی، کشاورزی و حتی صنایع غذایی ایجاد کند.
به گزارش هیچ یک از نشریه Food & Medicine Homology، گروهی از دانشمندان از چندین دانشگاه و مؤسسه تحقیقاتی، از جمله دانشگاه ژجیانگ، دانشگاه دالیان، دانشگاه اقیانوس چین، آکادمی علوم چین و دانشگاه علوم پزشکی گوییژو، موفق شده‌اند با استفاده از هوش مصنوعی و فناوری نانو، نسل جدیدی از پپتیدهای ضد میکروبی (AMPs) را طراحی و تولید کنند.
پپتیدهای ضد میکروبی مولکول‌هایی طبیعی هستند که در بسیاری از موجودات زنده به عنوان خط دفاعی اولیه در برابر عفونت‌ها عمل می‌کنند. با وجود پتانسیل بالا، استفاده بالینی از این پپتیدها سال‌ها با چالش‌هایی مانند سمیت سلولی، ناپایداری و پیچیدگی مکانیسم اثر مواجه بوده است. اما اکنون، با ورود فناوری‌های نوین، این محدودیت‌ها در حال رفع شدن است.
جین ژانگ، استاد دانشگاه علوم پزشکی گوییژو و نویسنده مسئول این مقاله، در گفت‌وگویی اعلام کرد: چارچوب‌های طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی اکنون قادرند در عرض چند روز پپتیدهای بسیار مؤثر تولید کنند و چرخه توسعه دارو را به‌طور چشمگیری کوتاه‌تر سازند. ما به سوی آینده‌ای گام برمی‌داریم که در آن می‌توان پپتیدهایی با عملکرد هدفمند طراحی کرد؛ چه برای از بین بردن پاتوژن‌ها، چه برای تعدیل ایمنی یا ترمیم بافت‌ها.
یکی از شاخص‌ترین نمونه‌های این پژوهش در دانشگاه ژجیانگ انجام شد، جایی که دانشمندان با ترکیب مدل‌های زبانی پروتئین (Protein Language Models) و الگوریتم‌های یادگیری تقویتی توانستند طی تنها ۱۱ روز، ۱۸ پپتید ضد میکروبی با طیف وسیع عملکردی طراحی کنند. این پپتیدها توانستند باکتری‌های مقاوم به چند دارو را در غلظت‌های بسیار پایین (چند میکروگرم در میلی‌لیتر) از بین ببرند و در آزمایش‌های کشت متوالی، هیچ نشانه‌ای از بروز مقاومت مشاهده نشد.
در دانشگاه علوم پزشکی گوییژو نیز پژوهشگران پلتفرمی طراحی کرده‌اند که با استفاده از یادگیری ماشینی و بهینه‌سازی چندهدفه، پپتیدهای ضد قارچ جدیدی ایجاد می‌کند. به گفته دکتر ژانگ: ما پپتیدهایی را شناسایی و تأیید کردیم که همزمان غشای سلولی قارچ را تخریب کرده و عملکرد میتوکندری آن را مختل می‌کنند. این مکانیسم دوگانه احتمال بروز مقاومت را به حداقل می‌رساند.
فناوری نانو در این میان نقش کلیدی در رسانش کنترل‌شده پپتیدها ایفا می‌کند. گروهی از محققان آکادمی علوم چین موفق به ساخت هیدروژل‌های آنزیم‌پاسخ‌گو شده‌اند که می‌تواند در شرایط عفونت استخوانی، پپتیدهای درمانی را به‌صورت هدفمند و در زمان مورد نیاز آزاد کند. همچنین، در دانشگاه فوزو، ترکیبات فلز–پپتیدی توسعه یافته‌اند که ضمن تولید گونه‌های فعال اکسیژن برای نابودی باکتری‌ها، فرآیند ترمیم زخم را نیز تسریع می‌کنند.
کاربردهای این پپتیدهای نوین محدود به پزشکی نیست. پژوهشگران در حال بررسی استفاده از آن‌ها در کشاورزی پایدار به عنوان آفت‌کش‌های زیستی و در صنایع غذایی به عنوان نگهدارنده‌های طبیعی هستند. نینگ-شیان یانگ، نویسنده اول مقاله و استاد دانشگاه گوییژو، در این باره گفت: چندکاربردی بودن پپتیدهای ضد میکروبی آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای راهکارهای پایدار در بخش‌های مختلف، از بهداشت و درمان گرفته تا کشاورزی و صنعت غذا، تبدیل کرده است.
به گفته نویسندگان، آینده این حوزه به ادغام هوش مصنوعی با چنداُمیک‌ها (Multi-Omics)، زیست‌فناوری سنتزی و مواد هوشمند وابسته است. چنین ترکیبی می‌تواند هزینه تولید را کاهش دهد، پایداری پپتیدها را افزایش دهد و امکان پایش بلندمدت مقاومت میکروبی را فراهم سازد.
یانگ در پایان افزود: هدف ما تولید پپتیدهایی با هزینه پایین، پایداری بالا و قابلیت کنترل در طول زمان است. ما به دنبال آن هستیم که این نوآوری‌ها را به درمان‌های ایمن، اثربخش و در دسترس برای بیماران تبدیل کنیم.
این مقاله به‌عنوان بخشی از رویکرد «طراحی دقیق و هدفمند داروهای زیستی» مورد توجه جامعه علمی قرار گرفته است. بسیاری از متخصصان معتقدند که ادغام هوش مصنوعی و فناوری نانو در طراحی پپتیدهای ضد میکروبی می‌تواند همان نقشی را در عصر مقاومت دارویی ایفا کند که کشف آنتی‌بیوتیک‌ها در قرن بیستم داشت؛ آغاز فصلی تازه در نبرد جهانی با عفونت‌ها.
