研究人員深入研究了分子”滅絕”，通過研究古代基因組尋找潛在的抗生素。他們的工作從尼安德特人和丹尼索瓦人身上發現了抗菌分子，挑戰了蛋白質功能的傳統觀念，並提出了生物倫理方面的質疑。

機器生物學小組將人工智能與先進的實驗方法相結合，從遠古時代挖掘未來醫學的突破口，讓已經滅絕的分子重獲新生圖片來源：Ella Marushchenko

Cesar de la Fuente 說：”在抗生素研究方面，我們需要有大局觀。每年有100 多萬人死於耐藥性感染，預計到2050 年將達到1000 萬人。幾十年來，還沒有出現過真正意義上的新型抗生素，而我們解決這個問題的人又太少，所以我們需要考慮的不僅僅是新藥。我們需要新的框架。”

De la Fuente 是賓夕法尼亞大學工程與應用科學學院生物工程系和化學與生物分子工程系的總統助理教授。他還在佩雷爾曼醫學院的精神病學和微生物學擔任主要職務。他的實驗室，即機器生物學小組，利用工程和健康科學領域的強大合作關係創建了這些新框架，借助”機器的力量加速生物學和醫學的發現”。

該小組將人工智能與先進的實驗方法相結合，從遠古時代挖掘未來的醫學突破。在最近發表在《細胞宿主與微生物》（Cell Host and Microbe）雜誌上的一項研究中，研究小組開創了”分子滅絕”領域。

我們的基因組–我們的遺傳物質以及我們遠古祖先的基因組都表達了具有天然抗菌特性的蛋白質。根據”分子滅絕”的假設，這些分子可能是安全新藥的主要候選分子。這些分子是通過進化自然產生和選擇的，與僅使用人工智能進行分子發現相比，它們具有廣闊的前景。

在這篇論文中，研究小組探索了兩種已滅絕生物–尼安德特人（Neanderthals）和丹尼索瓦人（Denisovans）–的蛋白質組表達，發現了數十種具有抗生素特性的小蛋白質序列。隨後，他們的實驗室致力於合成這些分子，讓這些早已消失的化學物質重獲新生。

de la Fuente 說：”計算機為我們提供了氨基酸序列。這些是構成肽（一種小型蛋白質）的基石。然後，我們可以用一種叫做’固相化學合成’的方法製造這些分子。我們將氨基酸配方轉化為實際分子，然後構建它。”

接下來，研究小組將這些分子應用於培養皿和小鼠體內的病原體，以檢驗其計算預測的真實性和有效性。

de la Fuente 繼續說：”那些起作用的分子效果相當好。在兩種情況下，這些多肽的效果與標準療法不相上下，甚至更好。那些不起作用的肽幫助我們了解了人工智能工具需要改進的地方。我們認為，這項研究打開了通往抗生素和藥物發現新思路的大門，而這第一步將使科學家們能夠以越來越高的創造力和精確度進行探索。”

這一新的研究領域尤為豐富。除了為藥物發現提供一個全新的框架外，他們的工作還對我們的免疫系統產生了意想不到的洞察力。值得注意的是，其中一些肽序列以前並不知道在免疫系統中起什麼作用。

事實上，研究小組之前的研究已經表明，他們發現的一些抗菌分子隱藏在與體內完全不同的系統和功能相關的蛋白質中。

讓人感到驚訝的是，實驗室在人體的各個系統–心血管、神經、消化當中都發現了序列，之前沒有意識到的是，在某一系統中發揮作用的蛋白質或肽也可能對整個免疫系統有貢獻。

生物學的傳統觀點認為，一個基因編碼一種蛋白質，每種蛋白質具有一種功能。但研究小組和他們才華橫溢的合作者發現，一種蛋白質可以具有多種功能。

de la Fuente 說：”我們正在開闢一條全新的途徑，來了解我們的身體是如何預防和對抗疾病的。我們正在與生物倫理學家討論讓遺傳物質復活意味著什麼。我們這樣做是為了醫學，但如果其他人復活了有毒或有害的東西呢？我們還在與專利律師合作。目前的多肽序列依法不能申請專利。但我們從已滅絕的生物體中重新創造的肽序列呢？”

賓夕法尼亞大學工程學研究團隊在確定了這些分子的去滅絕性之後，現在正在深思熟慮地探索復活過去的後果。

一個簡單的分子，幾千年前就已存在，卻依然活著–而且正在幫助我們提出以前從未提出過的問題。