Een doorbraak met AI in de strijd tegen dodelijk slangengif

Jaarlijks eisen giftige slangen meer dan 100.000 levens en laten ze 300.000 mensen achter met ernstige verwondingen, variërend van amputaties tot verlammingen en blijvende handicaps. De slachtoffers zijn vaak boeren, herders en kinderen in landelijke gebieden in Sub-Sahara Afrika, Zuid-Azië en Latijns-Amerika. Voor hen betekent een slangenbeet niet alleen een medische crisis, maar ook een economische ramp.

Traditionele behandeling: Beperkingen en uitdagingen

De behandeling van slangenbeten is in meer dan een eeuw nauwelijks veranderd. Antiserums, afgeleid van het bloed van geïmmuniseerde dieren, zijn duur, moeilijk te produceren en vaak ineffectief tegen de dodelijkste toxines. Bovendien vereisen ze koeling en getraind medisch personeel, waardoor ze voor velen die ze het meest nodig hebben onbereikbaar zijn.

AI en eiwitontwerp: Een revolutionaire aanpak

Een team onder leiding van Susana Vázquez Torres, een computationeel bioloog in het gerenommeerde eiwitontwerplaboratorium van Nobelprijswinnaar David Baker aan de Universiteit van Washington, heeft met behulp van AI volledig nieuwe eiwitten gecreëerd die in laboratoriumtests dodelijk slangengif neutraliseren. Deze synthetische eiwitten bieden een snellere, goedkopere en effectievere oplossing dan traditionele antiserums.

Met behulp van NVIDIA's Ampere-architectuur en L40 GPU's genereerde het Baker Lab miljoenen potentiële antitoxine-structuren via diepe leermodellen zoals RFdiffusion en ProteinMPNN. In plaats van een groot aantal van deze eiwitten in een laboratorium te testen, gebruikten ze AI-tools om te voorspellen hoe de ontworpen eiwitten zouden interageren met slangengiftoxines, waardoor ze snel de meest veelbelovende ontwerpen konden identificeren.

Veelbelovende resultaten: Stabiliteit en effectiviteit

De resultaten waren opmerkelijk:

• De nieuw ontworpen eiwitten bonden zich sterk aan drie-vinger toxines (3FTx), de dodelijkste componenten van elapidengif, en neutraliseerden effectief hun toxische effecten.
• Laboratoriumtests bevestigden hun hoge stabiliteit en neutralisatiecapaciteit.
• Muizenstudies toonden een overlevingspercentage van 80-100% na blootstelling aan dodelijke neurotoxines.
• De AI-ontworpen eiwitten waren klein, hittebestendig en eenvoudig te produceren, zonder noodzaak voor koeling.

Toegankelijkheid en betaalbaarheid: Een levenslijn voor de meest verwaarloosde slachtoffers

In tegenstelling tot traditionele antiserums, die honderden dollars per dosis kosten, is het mogelijk om deze AI-ontworpen eiwitten massaal te produceren tegen lage kosten, waardoor levensreddende behandelingen beschikbaar komen voor degenen die ze het meest nodig hebben.

Veel slangenbeet-slachtoffers kunnen zich geen antiserum veroorloven of stellen het zoeken naar zorg uit vanwege kosten en toegankelijkheidsbarrières. In sommige gevallen kan de financiële last van de behandeling hele families dieper in armoede duwen. Met een toegankelijke, betaalbare en houdbare antidotum kunnen miljoenen levens en bestaansmiddelen worden gered.

Vooruitblik: De toekomst van AI in de geneeskunde

Dit onderzoek beperkt zich niet alleen tot slangenbeten. Dezelfde AI-gedreven benadering kan worden gebruikt om precisiebehandelingen te ontwerpen voor virale infecties, auto-immuunziekten en andere moeilijk te behandelen aandoeningen.

Door trial-and-error in medicijnontwikkeling te vervangen door algoritmische precisie, streven onderzoekers die AI gebruiken voor eiwitontwerp ernaar om levensreddende medicijnen wereldwijd betaalbaarder en toegankelijker te maken.

Torres en haar medewerkers, waaronder onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken, de Universiteit van Noord-Colorado en de Liverpool School of Tropical Medicine, richten zich nu op het voorbereiden van deze gif-neutraliserende eiwitten voor klinische tests en grootschalige productie.

Als dit succesvol is, kan deze AI-gedreven vooruitgang levens redden en families en gemeenschappen over de hele wereld versterken.