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Le proteine ​​progettate dall’intelligenza artificiale affrontano un problema secolare: produrre antiveleni per serpenti

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Un cobra monocolo (Naja kaouthia) viene munto per il suo veleno in una fattoria di serpenti a Bangkok, in Thailandia.

Il veleno del serpente può causare paralisi, danni ai tessuti e morte.Credito: Ingo Schulz/imageBROKER tramite Getty

Le proteine ​​progettate utilizzando l’intelligenza artificiale (AI) possono bloccare gli effetti letali delle tossine contenute nel veleno di cobra, vipere e altri serpenti mortali.

Le proteine ​​progettate dall’intelligenza artificiale potrebbero costituire la base di una nuova generazione di terapie per i morsi di serpente, che uccidono circa 100.000 persone ogni anno e vengono ancora trattati come un secolo fa.

Lo studio, pubblicato in Natura il 15 gennaio1è anche una dimostrazione di come l’apprendimento automatico abbia potenziato il campo della progettazione computazionale delle proteine. Sfide che prima richiedevano mesi o anni, o addirittura risultavano impossibili – come progettare una nuova proteina per bloccarne con successo un’altra – ora possono essere completate in pochi secondi.

“È spaventoso”, afferma Joseph Jardine, un immunologo della Scripps Research a La Jolla, in California. “Si è passati dal ‘non potremmo nemmeno farlo’ al lavoro di prova di concetto che risolve problemi reali.”

In molte parti del mondo, i morsi di serpente sono una delle principali cause di morte e causa di disabilità permanente. L’Organizzazione Mondiale della Sanità a Ginevra, in Svizzera, ha definito il morso di serpente una malattia tropicale trascurata di massima priorità, insieme ad altre come la dengue e la rabbia.

Eppure i trattamenti sono cambiati poco in più di un secolo: la maggior parte si basa su anticorpi presenti nel siero sanguigno prelevato da cavalli e pecore immunizzati con veleno di serpente. Questi antiveleni variano in termini di sicurezza ed efficacia e devono essere somministrati in una clinica sanitaria da personale qualificato, limitando la loro utilità, osserva José María Gutiérrez, tossicologo presso l’Istituto Clodomiro Picado dell’Università della Costa Rica a San José.

Tripla dose di tossina

Lo sviluppo di trattamenti per i morsi di serpente non era nel radar di David Baker, un biofisico computazionale dell’Università di Washington a Seattle, quando alla fine del 2022 il suo laboratorio ha svelato un programma di progettazione proteica rivoluzionario chiamato RFdiffusion. Ispirato da strumenti di intelligenza artificiale per la generazione di immagini come Come DALL-E e Midjourney, il programma si è dimostrato esperto nella progettazione di piccole proteine ​​che si legano fortemente alle proteine ​​bersaglio, comprese quelle legate al cancro e alle malattie autoimmuni.

Susana Vázquez Torres, una biochimica del laboratorio di Baker, era interessata ad affrontare le malattie trascurate e si chiedeva se la diffusione RF potesse aiutare a migliorare i trattamenti contro i morsi di serpente. I veleni di serpente sono composti da varie tossine proteiche che causano paralisi e danni ai tessuti.

Vázquez Torres, Baker e i loro colleghi hanno utilizzato RFdiffusion per progettare “mini-leganti” che riconoscono le regioni chiave di tre tipi di tossine prodotte dai serpenti elapidi, la famiglia che comprende cobra, mamba e vipere.

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