آنزیم طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی، آسیب‌های چندین دهه پیری پوست در بافت انسانی را معکوس می‌کند

برای دهه‌ها، «زنگ‌زدگی» بیولوژیکی که پوست ما را سفت، شریان‌هایمان را سخت و چشمانمان را کدر می‌کند، کاملاً دائمی تلقی می‌شد. اکنون، دانشمندان از هوش مصنوعی برای طراحی یک آنزیم سفارشی استفاده کرده‌اند که با موفقیت این زنگ‌زدگی شیمیایی را از بافت انسانی پاک می‌کند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این آنزیم پوست ۷۵ ساله را گرفت و انعطاف‌پذیری و نشانگرهای مولکولی آن را به سطحی مطابق با پوست ۳۱ ساله بازگرداند.[1][4]

برای درک نحوه عملکرد این فرآیند، به اتفاقی که هنگام پختن نان یا کباب کردن استیک می‌افتد فکر کنید. گرما باعث می‌شود قندها و پروتئین‌ها به هم متصل شوند و یک پوسته قهوه‌ای طلایی و طعم غنی ایجاد کنند. این واکنش «مایلارد» نامیده می‌شود. در داخل بدن شما، دقیقاً همین فرآیند شیمیایی در حال وقوع است، فقط با سرعتی بسیار کندتر.[2][5]

در دمای ثابت ۳۷ درجه سانتی‌گراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت) در طول دهه‌ها، قندهای موجود در جریان خون شما دائماً با پروتئین‌ها و چربی‌ها برخورد می‌کنند. هنگامی که آنها به هم متصل می‌شوند، ترکیباتی به نام «محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته» یا AGEs ایجاد می‌کنند. همانطور که از نام اختصاری آن پیداست، این مولکول‌ها عامل اصلی نحوه پیری فیزیکی ما هستند.[2][5]

شما می‌توانید تجمع AGEs را در بدن خود احساس کنید. آنها مانند یک چسب مولکولی عمل می‌کنند و فیبرهای بلند و ظریف کلاژن و الاستین را که بافت‌های شما را انعطاف‌پذیر نگه می‌دارند، به هم متصل می‌کنند. هنگامی که کلاژن توسط AGEs به هم متصل می‌شود، پوست شما خاصیت ارتجاعی خود را از دست می‌دهد و شروع به افتادگی می‌کند. مفاصل شما صبح‌ها سفت‌تر می‌شوند. شریان‌های شما خاصیت ارتجاعی جوانی خود را از دست می‌دهند و قلب شما را مجبور به کار سخت‌تر می‌کنند.[3][8]

تا همین اواخر، اجماع پزشکی بر این بود که هنگامی که AGEs در بافت‌های با عمر طولانی تشکیل می‌شوند، برای همیشه باقی می‌مانند. شما می‌توانستید با استفاده از کرم ضد آفتاب، مدیریت قند خون و خوردن غذاهای فرآوری‌شده کمتر، تجمع آنها را کُند کنید، اما نمی‌توانستید آسیبی را که قبلاً وارد شده بود، معکوس کنید.[2][5]

این فرض با یک دستاورد منتشر شده در نشریه «نیچر کامیونیکیشنز» توسط محققان در شرکت دارویی «رول فارماسوتیکالز» (Revel Pharmaceuticals) تغییر کرد. این تیم یک AGE خاص و بسیار فراوان به نام N-کربوکسی‌متیل-لیزین یا CML را هدف قرار داد. CML همان زخم شیمیایی سرسختی است که در ماتریکس خارج سلولی – داربستی که سلول‌های شما را در کنار هم نگه می‌دارد – انباشته می‌شود.[1][4]

بدن انسان فاقد مکانیسم طبیعی برای تجزیه CML است. با این حال، محققان می‌دانستند که وقتی ما می‌میریم، بافت‌هایمان در نهایت تجزیه می‌شوند. این بدان معناست که در جایی در دنیای طبیعی، احتمالاً در میکروب‌های خاک، آنزیمی وجود دارد که می‌تواند به عنوان یک قیچی شیمیایی برای بریدن این پیوندهای خاص قند و پروتئین عمل کند.[1][5]

این تیم به جای صرف سال‌ها برای آزمایش دستی نمونه‌های خاک، به هوش مصنوعی روی آورد. آنها با استفاده از «آلفافولد» (AlphaFold) – سیستم هوش مصنوعی که ساختارهای سه‌بعدی تقریباً تمام پروتئین‌های شناخته‌شده را پیش‌بینی کرده است – ده‌ها هزار توالی DNA میکروبی را اسکن کردند.[4][6]

آنها روی خانواده‌ای از پروتئین‌ها به نام «گلایسین اکسیدازها» متمرکز شدند که شکلی تقریباً مطابق با مولکول CML داشتند. از طریق «تکامل هدایت‌شده» با راهنمایی هوش مصنوعی، آنها ساختار پروتئین را تا زمانی که کاملاً با پیوند CML مطابقت پیدا کرد، دستکاری و بهینه‌سازی کردند. آنها آنزیم مهندسی‌شده جدید خود را CMLase نامیدند.[1][5]

هنگامی که محققان CMLase را روی بافت پوست ۷۵ ساله انسان در آزمایشگاه اعمال کردند، نتایج، دهه‌ها دگم بیولوژیکی را به چالش کشید. این آنزیم با موفقیت پیوندهای CML را شکافت و گلیکاسیون انباشته‌شده را بدون آسیب رساندن به فیبرهای کلاژن زیرین از بین برد.[1][4]

اعداد خیره‌کننده بودند. این درمان سطح CML را در بافت پوست مسن ۵۵ درصد کاهش داد. در سطح مولکولی، ماتریکس خارج سلولی بافت ۷۵ ساله به وضعیتی سالم‌تر و انعطاف‌پذیرتر از پوست معمولی ۳۱ ساله بازگردانده شد.[1][5]

پیامدهای این کشف بسیار فراتر از جذابیت‌های زیبایی‌شناختی از بین بردن چین و چروک است. محققان همچنین این آنزیم را روی بافت شریانی مسن اعمال کردند و به کاهش ۷۰ درصدی CML دست یافتند، و همچنین روی پروتئین‌های عدسی چشم یک اهداکننده ۶۴ ساله، که گلیکاسیون منجر به آب مروارید را تا ۷۸ درصد کاهش داد.[4][7]

اگر بتوانید زنگ‌زدگی شیمیایی را از داربست بدن پاک کنید، به طور بالقوه عملکرد خود اندام‌ها را بازیابی می‌کنید. حذف AGEs از رگ‌های خونی می‌تواند یک علت اصلی فشار خون بالا و بیماری‌های قلبی عروقی را معکوس کند، در حالی که پاکسازی آنها از عروق مغز ممکن است در برابر زوال شناختی محافظت کند.[3][8]

با این حال، پتری دیش (ظرف آزمایشگاهی) یک انسان زنده و در حال تنفس نیست. اکنون چالش از طراحی پروتئین به تحویل ایمن تغییر می‌کند. محققان باید تعیین کنند که چگونه CMLase را به عمق پوست زنده یا دیواره‌های شریانی منتقل کنند، بدون اینکه سیستم ایمنی انسان این آنزیم مشتق‌شده از میکروب را به عنوان یک مهاجم خارجی شناسایی کرده و به آن حمله کند.[5][7]

کرم‌های موضعی و تزریقات موضعی برای ترمیم پوست و مفاصل احتمالاً اولین کاربردهایی خواهند بود که در آزمایش‌های بالینی آزمایش می‌شوند، زیرا از پیچیدگی‌های تحویل سیستمیک از طریق خون جلوگیری می‌کنند. اگر اینها ایمن و مؤثر باشند، گام بعدی توسعه درمان‌هایی برای پاکسازی گلیکاسیون از قلب و کلیه‌ها خواهد بود.[4][5]

در حال حاضر، مهم‌ترین نتیجه عملی این است که ساعت بیولوژیکی بافت‌های ما دیگر یک خیابان یک‌طرفه در نظر گرفته نمی‌شود. داربست بدن شما، در تئوری، قابل ترمیم است. تا زمانی که این درمان‌های آنزیمی به کلینیک‌ها برسند، بهترین استراتژی شما همچنان محافظت از کلاژنی است که دارید، با مدیریت قند خون و محدود کردن AGEs رژیمی موجود در غذاهای سوخته یا به شدت فرآوری‌شده.[2][5]