Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) ukąszenia węży dotykają od 1,8 do 2,7 mln osób rocznie, powodując ok. 100 tys. zgonów i trzy razy więcej trwałych niepełnosprawności. Ofiary zamieszkują lub odwiedzają turystycznie głównie regiony o słabych systemach opieki zdrowotnej, takie jak Afryka, Azja i Ameryka Łacińska. Tradycyjne środki przeciwjadowe pochodzące z osocza krwi mają istotne wady – wysokie koszty, ograniczoną skuteczność i poważne skutki uboczne. 

David Baker, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 2024 r., który został uhonorowany „za projektowanie białek z wykorzystaniem metod obliczeniowych”, stanął na czele badania, które ma na celu zmianę podejścia do leczenia ukąszeń węży. Opisuje, w jaki sposób śmiercionośne toksyny w ślinie węża mogą zostać zneutralizowane dzięki białkom zaprojektowanym przez sztuczną inteligencję – technikę, która ma szansę okazać się bardziej skuteczna, mniej niebezpieczna i tańsza. Różnorodność jadów węży dodatkowo komplikuje leczenie, ponieważ obecne leki przeciwjadowe często są ukierunkowane na określone gatunki. Na szczęście postępy w badaniach nad toksynami i narzędzia obliczeniowe napędzają obecnie nową erę w terapii ukąszeń węży.

– Wierzę, że projektowanie białek pomoże uczynić leczenie ukąszeń węży bardziej dostępnym dla ludzi w krajach rozwijających się – mówi Susana Vazquez Torres, główna autorka badania z laboratorium Bakera na University of Washington School of Medicine. Zespół Bakera, we współpracy z Timothym Patrickiem Jenkinsem z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego (DTU), wykorzystał metody głębokiego uczenia do zaprojektowania białek, które wiążą się i neutralizują krótko- i długołańcuchowe α-neurotoksyny i cytotoksyny z rodziny 3FTx, tzw. toksyn trójpalczastych, które mają charakterystyczną formę trzech pętli – palców (z ang. fingers). Są to jedne z najbardziej śmiercionośnych składników jadu kobry. Niska skuteczność w leczeniu wynika z ograniczonej immunogenności 3FTx u zwierząt produkujących antytoksyny, co skutkuje brakiem wywołania silnej odpowiedzi przeciwciał. Dodatkowe problemy są związane z opóźnionym podaniem antygenu. W eksperymentach nowe antytoksyny osiągnęły 80-100% wskaźnik przeżywalności u myszy narażonych na śmiertelne dawki toksyn trójpalczastych. Chociaż nie neutralizują one jeszcze pełnej złożoności jadu węża, sukces ten stanowi znaczący krok ku ukierunkowanym, skutecznym terapiom.

– Stworzone przez nas antytoksyny są łatwe do odkrycia przy użyciu wyłącznie metod obliczeniowych. Są również tanie w produkcji i wytrzymałe w testach laboratoryjnych – twierdzi Baker. Nowe białka, produkowane przy użyciu drobnoustrojów, eliminują potrzebę immunizacji zwierząt, potencjalnie zmniejszając koszty produkcji. Ich niewielki rozmiar może pozwolić im skuteczniej penetrować tkanki i neutralizować toksyny szybciej niż obecne metody leczenia. Timothy Patrick Jenkins, jeden z autorów korespondencyjnych badania, podkreśla szerszy potencjał: – Najbardziej niezwykłym rezultatem jest imponująca ochrona przed neurotoksynami, jaką zapewniły one myszom. Dodatkową zaletą tych zaprojektowanych białek jest to, że są one małe – tak małe, że spodziewamy się, iż będą lepiej penetrować tkanki i potencjalnie neutralizować toksyny szybciej niż obecne przeciwciała. A ponieważ białka zostały stworzone w całości na komputerze przy użyciu oprogramowania opartego na sztucznej inteligencji, znacznie skróciliśmy czas spędzony w fazie odkrywania.

Warto zauważyć, że regularne leki przeciwjadowe zostały uznane za niezwykle przydatne w walce z ukąszeniami węży i zostały określone przez zespół jako prawdopodobnie niezbędne. Nowe białka stworzone przy pomocy AI mogą jednak uzupełniać już istniejące terapie lub służyć jako testy dla przyszłych białek, które mogą być wystarczająco dobre, aby służyć samodzielnie. Metoda projektowania białek AI może również pomóc w skutecznym odkrywaniu leków na inne choroby, takie jak te wywoływane przez wirusy. Podejście to może prowadzić do niedrogich metod leczenia zarówno rzadkich, jak i powszechnych dolegliwości, ponieważ wymaga mniej zasobów niż tradycyjna medycyna laboratoryjna.