الذكاء الاصطناعي يُحوّل سموم الحيوانات إلى أسلحة فتاكة ضد البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية!

في عصر تتطور فيه التكنولوجيا بوتيرة متسارعة، تواجه البشرية أحد أخطر التحديات الصحية في تاريخها الحديث: مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية. هذه الظاهرة، التي تُعرف أيضًا بـ “البكتيريا الخارقة” (Superbugs)، تجعل الأمراض التي كانت قابلة للعلاج سابقًا تشكل تهديدًا مميتًا، مما يُلقي بظلاله على فعالية العلاجات الطبية الحديثة. تقدر منظمة الصحة العالمية أن مقاومة المضادات الحيوية قد تتسبب في وفاة 10 ملايين شخص سنويًا بحلول عام 2050 إذا لم يتم اتخاذ إجراءات حاسمة.
وفي ظل هذا التحدي المتفاقم، برز بصيص أمل من مصدر غير متوقع على الإطلاق: سموم الحيوانات. نعم، تلك السموم الفتاكة التي لطالما ارتبطت بالخطر والموت، تتحول اليوم بفضل التقدم العلمي والذكاء الاصطناعي إلى كنز ثمين يُمكن أن يُحدث ثورة في مكافحة العدوى البكتيرية. فقد تمكن علماء من جامعة بنسلفانيا الأمريكية من تحويل سموم الثعابين والعناكب إلى مضادات حيوية قوية، باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي المتقدمة، محققين بذلك طفرة نوعية في معركة البشرية ضد البكتيريا العنيدة. هذا الإنجاز البحثي، الذي نُشر في مجلة “Nature Communications” العلمية المرموقة، يفتح آفاقًا جديدة تمامًا في عالم الطب والصيدلة.
جذور الفكرة: سموم الطبيعة.. صيدلية علاجية قديمة متجددة
إن فكرة استخدام السموم في العلاج ليست وليدة اليوم، بل تمتد جذورها إلى قرون طويلة في تاريخ الطب الشعبي والعلمي. فمنذ القدم، أدرك الإنسان أن الطبيعة تحمل في طياتها علاجات شافية، حتى وإن كانت تبدو خطيرة للوهلة الأولى. وعلى مر العصور، سعى العلماء إلى استكشاف المركبات الكيميائية المعقدة الموجودة في السموم الحيوانية والنباتية، واستخلاص ما هو نافع منها.
ولعل أبرز الأمثلة على ذلك في الطب الحديث هو دواء “كابتوبريل” (Captopril)، وهو دواء شائع وفعال يُستخدم على نطاق واسع لعلاج ارتفاع ضغط الدم وقصور القلب. هذا الدواء الحيوي لم يكن ليوجد لولا الأبحاث التي استخلصته من سم أفعى الجرسية البرازيلية (Brazilian Pit Viper) المعروفة علميًا باسم Bothrops jararaca. فقد وجد العلماء أن سم هذه الأفعى يحتوي على ببتيدات (سلاسل بروتينية قصيرة) تعمل على تثبيط الإنزيم المحول للأنجيوتنسين (ACE)، وهو إنزيم يلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم ضغط الدم.
ولم يتوقف الأمر عند الثعابين، فالعالم البحري أيضًا يخبئ كنوزًا علاجية. فالمسكن القوي “زيكونوتايد” (Ziconotide)، الذي يُستخدم لتخفيف الآلام المزمنة والشديدة التي لا تستجيب للمسكنات التقليدية، يُستخرج من سم حلزون البحر المخروطي (Cone Snail)، وتحديدًا من أنواع مثل Conus magus. هذه السموم تحتوي على مركبات تُعرف باسم “كونوتوكسينات” (Conotoxins) تعمل على حجب قنوات أيونية معينة في الجهاز العصبي، مما يمنع انتقال إشارات الألم.
هذه الأمثلة تُبرهن على أن السموم، على الرغم من طبيعتها الخطرة، هي في الواقع مستودعات غنية بالمركبات الحيوية النشطة (Bioactive Compounds) التي تمتلك خصائص علاجية فريدة. إن الطبيعة، في تعقيدها وتنوعها، تقدم لنا حلولًا مبتكرة إذا ما امتلكنا الأدوات والمعرفة اللازمة لاستكشافها واستغلالها.
الذكاء الاصطناعي: البوصلة الجديدة في محيط السموم المجهول
لطالما كانت عملية استكشاف المركبات الدوائية من المصادر الطبيعية عملية مضنية وتستغرق وقتًا طويلًا، وتتطلب جهودًا بحثية هائلة. لكن مع ظهور وتطور الذكاء الاصطناعي (Artificial Intelligence – AI) والتعلم الآلي (Machine Learning – ML)، تغيرت قواعد اللعبة بشكل جذري. أصبح الذكاء الاصطناعي بمثابة البوصلة التي توجه العلماء في محيط البيانات الضخم، وتساعدهم على اكتشاف أنماط وعلاقات كانت مستحيلة الكشف عنها بالأساليب التقليدية.
في هذا البحث الرائد، استغل علماء من جامعة بنسلفانيا الأمريكية قوة الذكاء الاصطناعي في تحليل كميات هائلة من البيانات، وتحديدًا نحو 40 مليون ببتيد (Peptides)، وهي سلاسل بروتينية قصيرة تعتبر اللبنات الأساسية للبروتينات، وقد تم استخلاص هذه الببتيدات من سموم حيوانات متنوعة مثل الثعابين، العناكب، والعقارب. تخيلوا حجم هذه البيانات؛ إنها أشبه بالبحث عن إبرة في كومة قش، لكن الذكاء الاصطناعي هو الذي جعل هذه المهمة ممكنة وفعالة.
لقد تم تصميم هذه التقنية المبتكرة لتعمل عبر ثلاث مراحل متكاملة، تُشكل معًا نظامًا بحثيًا عالي الكفاءة:

1. فحص قواعد البيانات الضخمة (Database Screening): في المرحلة الأولى، يقوم نظام الذكاء الاصطناعي بفحص قواعد بيانات ضخمة تحتوي على معلومات مفصلة حول آلاف الببتيدات السامة المستخلصة من مختلف الكائنات الحية. لا يقتصر الفحص على مجرد القراءة، بل يعتمد على خوارزميات تعلم آلي معقدة لتحليل الخصائص الكيميائية والفيزيائية لكل ببتيد، وتوقع إمكانية نشاطه الحيوي. هذه المرحلة تُشبه وجود محقق رقمي يبحث في آلاف الملفات لتحديد المشتبه بهم المحتملين.
2. اختيار الجزيئات الواعدة (Promising Molecule Selection): بعد الفحص الأولي، ينتقل الذكاء الاصطناعي إلى المرحلة الأكثر أهمية: اختيار الجزيئات الأكثر فعالية. هنا، لا يبحث الذكاء الاصطناعي عن أي ببتيد وحسب، بل يُركز على تلك التي تظهر قدرة عالية على اختراق الأغشية البكتيرية (Bacterial Membranes). لماذا التركيز على هذه الخاصية تحديدًا؟ لأن اختراق الغشاء الخلوي للبكتيريا هو الخطوة الأولى والأساسية لقتل هذه الكائنات الدقيقة. الأغشية الخلوية للبكتيريا تُعد بمثابة درع يحميها، والببتيدات التي تستطيع اختراق هذا الدرع هي الأكثر واعدة كمضادات حيوية. يُمكن تشبيه هذه المرحلة بعملية انتقاء دقيقة يقوم بها خبير لاختيار الأسلحة الأكثر فعالية ضد دروع العدو.
3. التركيب والاختبار المعملي (Synthesis and Laboratory Testing): بعد أن يُحدد الذكاء الاصطناعي الجزيئات الواعدة، يأتي دور العلماء في المختبر. يقومون بتركيب هذه الجزيئات المختارة معمليًا (أي تصنيعها صناعيًا) للتأكد من توافرها بكميات كافية ودرجة نقاء عالية. بعد ذلك، تُخضع هذه الببتيدات المصنعة لاختبارات معملية صارمة (In Vitro Tests) لتقييم فعاليتها الحقيقية في القضاء على أنواع مختلفة من البكتيريا، بالإضافة إلى اختبار مدى أمانها على الخلايا البشرية، وهو أمر بالغ الأهمية لتجنب أي آثار جانبية ضارة. هذه المرحلة هي التي تُؤكد الفرضيات التي خرج بها الذكاء الاصطناعي وتحولها إلى حقائق علمية ملموسة.
   من خلال هذه العملية المنهجية والمبتكرة، تمكن العلماء من تحديد 386 جزيئًا ببتيديًا من أصل 40 مليون جزيء تم تحليلها، وجميعها تتمتع بقدرة محتملة على قتل البكتيريا. هذا العدد الكبير من المركبات الواعدة يُمثل كنزًا بحثيًا يُمكن البناء عليه لتطوير أجيال جديدة من المضادات الحيوية.
   نتائج واعدة: ببتيدات السموم تقهر البكتيريا الخارقة
   الخطوة الحاسمة في أي بحث علمي هي التحقق من النتائج في البيئة المعملية. وقد أظهرت التجارب المعملية (In Vitro Experiments) التي أُجريت على الببتيدات المختارة نتائج مبهرة ومبشرة للغاية. من أصل 58 ببتيدًا مركبًا (مصنعًا) تم اختباره، نجح عدد كبير منها، وتحديدًا 53 ببتيدًا، في القضاء على سلالات بكتيرية معروفة بمقاومتها الشديدة للمضادات الحيوية التقليدية.
   من أبرز هذه السلالات البكتيرية التي تمكنت هذه الببتيدات من التغلب عليها:
   • الإشريكية القولونية (Escherichia coli – E. coli): وهي بكتيريا شائعة تُسبب مجموعة واسعة من العدوى، بما في ذلك التهابات المسالك البولية، وتسمم الدم، والإسهال. تُعد بعض سلالاتها مقاومة للعديد من المضادات الحيوية.
   • المكورات العنقودية (Staphylococcus aureus): وخاصة السلالات المقاومة للميثيسيلين (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus – MRSA)، وهي تُعد كابوسًا في المستشفيات والمرافق الصحية، حيث تُسبب عدوى خطيرة يصعب علاجها، مثل التهابات الجلد، والالتهاب الرئوي، وتسمم الدم.
   الأهم من فعالية هذه الببتيدات في قتل البكتيريا، هو أنها أظهرت قدرة على القيام بذلك دون التسبب في ضرر للخلايا البشرية (Human Cells). هذه النقطة بالغة الأهمية، فالمضاد الحيوي الفعال يجب أن يكون “انتقائيًا” (Selective)، أي أن يستهدف البكتيريا الضارة دون الإضرار بخلايا المضيف (الإنسان). هذا مؤشر قوي على أن هذه الببتيدات قد تكون آمنة للاستخدام في المستقبل.
   ولعل أبرز النتائج المثيرة جاءت من ببتيد معين مستخلص من سم العنكبوت. هذا الببتيد أظهر نتائج استثنائية في التجارب على الحيوانات (In Vivo Experiments). فعند تطبيقه على جروح الفئران المصابة بعدوى بكتيرية، تمكن من تقليل عدد البكتيريا بنسبة 99% بعد تطبيق واحد فقط! هذه النتيجة تُشير إلى فعالية فائقة وقدرة سريعة على مكافحة العدوى، مما يُعد إنجازًا حقيقيًا في مجال علاج الجروح المصابة. هذا الأداء يُعطي أملًا كبيرًا في تطوير علاجات موضعية (Topical Treatments) أو نظامية (Systemic Treatments) مستقبلية.
   آلية عمل جديدة: تدمير الغشاء البكتيري.. وداعًا للمقاومة!
   تكمن الميزة التنافسية الأكبر لهذه الببتيدات المستخلصة من السموم في آلية عملها (Mechanism of Action) الفريدة والمختلفة تمامًا عن المضادات الحيوية التقليدية. فالمضادات الحيوية الشائعة تعمل عادةً على استهداف مسارات حيوية معينة داخل البكتيريا، مثل تثبيط إنزيمات معينة ضرورية لنمو البكتيريا أو تكرارها، أو التدخل في بناء جدارها الخلوي. وعلى الرغم من فعالية هذه المضادات في البداية، إلا أن البكتيريا، بذكائها التطوري وقدرتها الهائلة على التكيف، تُطور بمرور الوقت آليات دفاعية ضد هذه الأدوية، مما يؤدي إلى ظهور سلالات مقاومة. هذه الآليات تشمل إنتاج إنزيمات تُدمر المضاد الحيوي، أو تغيير تركيب الأهداف التي يستهدفها المضاد الحيوي، أو حتى طرده خارج الخلية البكتيرية.
   أما الببتيدات المستخلصة من السموم، فتعمل بطريقة أكثر “وحشية” وأقل قابلية للمقاومة، إذ تقوم بـ “تمزيق الأغشية الخلوية للبكتيريا” (Disrupting Bacterial Cell Membranes). تخيلوا أن الغشاء الخلوي للبكتيريا هو بمثابة الجدار الواقي الذي يُحيط بالخلية ويُحافظ على سلامتها ووظائفها الحيوية. هذه الببتيدات، التي تُعرف أحيانًا بـ “الببتيدات المضادة للميكروبات” (Antimicrobial Peptides – AMPs)، تتمتع بخصائص تسمح لها بالارتباط بالغشاء الخلوي البكتيري، ثم إحداث ثقوب فيه أو إتلاف هيكله بالكامل. عندما يتم تمزيق الغشاء الخلوي، تفقد البكتيريا قدرتها على الحفاظ على محتوياتها الداخلية، وتتعطل وظائفها الحيوية الأساسية، مما يؤدي في النهاية إلى موتها.
   ما الذي يجعل هذه الآلية مختلفة جدًا عن غيرها؟ إنها تجعل تطور المقاومة ضدها أمرًا مستبعدًا للغاية. فبينما يمكن للبكتيريا أن تُغير هدفًا واحدًا أو إنزيمًا محددًا لتُصبح مقاومة لمضاد حيوي تقليدي، فإن تغيير التركيب الأساسي لغشائها الخلوي ليُصبح مقاومًا لعدة أنواع من هذه الببتيدات المهاجمة يُعد تحديًا بيولوجيًا هائلًا وأكثر تعقيدًا بكثير بالنسبة لها. إنها أشبه بمحاولة تغيير تركيبة جدار منزل بالكامل بدلاً من مجرد تغيير قفل الباب. هذا يُعطي أملًا كبيرًا في أن هذه الفئة الجديدة من المضادات الحيوية قد تكون أكثر ديمومة وفعالية على المدى الطويل في مواجهة مشكلة المقاومة.
   الخطوات المستقبلية: من المختبر إلى المريض
   على الرغم من النتائج الواعدة التي حققها هذا البحث، إلا أن الطريق لا يزال طويلًا قبل أن تصل هذه الببتيدات إلى مرحلة التطبيق السريري وتُصبح أدوية متاحة للمرضى. إن عملية تطوير الأدوية هي عملية معقدة وطويلة ومكلفة، وتتطلب المرور بعدة مراحل صارمة من الاختبارات والتقييم.
   يعمل العلماء حاليًا على عدة محاور رئيسية لتحسين هذه المركبات ودفعها نحو الأمام:
4. تحسين الاستقرار والفعالية (Improving Stability and Potency): بعض الببتيدات قد تكون غير مستقرة في الجسم البشري، وقد تتحلل بسرعة قبل أن تُحدث تأثيرها المطلوب. لذا، يُركز الباحثون على تعديل التركيب الكيميائي لهذه الببتيدات لزيادة استقرارها (أي جعلها تدوم لفترة أطول في الجسم)، وتحسين فعاليتها (أي جعلها أقوى في قتل البكتيريا بجرعات أقل). هذا قد يتضمن تغييرات طفيفة في ترتيب الأحماض الأمينية أو إضافة مجموعات كيميائية معينة.
5. دراسة إمكانية الدمج مع المضادات الحيوية التقليدية (Combination Therapy): أحد التوجهات الواعدة هو دراسة إمكانية دمج هذه الببتيدات المستخلصة من السموم مع المضادات الحيوية المتوفرة حاليًا. تُعرف هذه الاستراتيجية بـ “العلاج المركب” (Combination Therapy)، وهي تُستخدم بالفعل في علاج العديد من الأمراض، مثل السل وفيروس نقص المناعة البشرية. الفكرة هي أن استخدام دوائين أو أكثر يعملان بآليات مختلفة قد يُعزز من فعاليتهما معًا، ويُقلل من احتمالية تطور المقاومة. فمثلًا، قد تُساعد الببتيدات في اختراق الغشاء البكتيري، مما يُسهل على المضادات الحيوية التقليدية الوصول إلى أهدافها داخل الخلية.
6. الاختبارات قبل السريرية والسريرية (Pre-clinical and Clinical Trials): بعد تحسين المركبات، سيتعين عليها المرور باختبارات مكثفة على الحيوانات (Pre-clinical Trials) لتقييم سلامتها وفعاليتها بشكل أعمق، وتحديد الجرعات المناسبة. إذا كانت النتائج إيجابية، فستنتقل بعد ذلك إلى مراحل التجارب السريرية (Clinical Trials) على البشر، والتي تُقسم إلى عدة مراحل (المرحلة الأولى، الثانية، والثالثة) لتقييم السلامة، الجرعة، والفعالية على نطاق واسع. هذه العملية قد تستغرق ما بين 10 إلى 15 عامًا في المتوسط.

أفق جديد لمستقبل خالي من شبح البكتيريا المقاومة
يمثل هذا البحث طفرة حقيقية في سعي البشرية لمكافحة مشكلة المقاومة البكتيرية للمضادات الحيوية، والتي تُعد من أخطر التحديات الصحية في عصرنا. فباستخدام قوة الذكاء الاصطناعي، تمكن العلماء من استكشاف “صيدلية الطبيعة” الكامنة في سموم الثعابين والعناكب، وتحديد ببتيدات قوية تمتلك القدرة على تدمير البكتيريا الخارقة بآلية عمل فريدة تُقلل بشكل كبير من احتمالية تطور المقاومة.
إن تحويل السموم، التي لطالما كانت مصدر خطر، إلى مركبات علاجية واعدة يُظهر الإمكانيات الهائلة للابتكار العلمي عندما يُدمج مع التقنيات الحديثة كالذكاء الاصطناعي. ورغم أن الوصول إلى مرحلة التطبيق السريري قد يستغرق عدة سنوات، فإن هذا البحث يفتح آفاقًا واعدة للغاية في مواجهة أحد أخطر التحديات في الطب الحديث، ويُقدم بصيص أمل في بناء مستقبل صحي تكون فيه العدوى البكتيرية قابلة للعلاج بفعالية وأمان. هذه هي قصة أخرى تُثبت أن الحلول لأعقد المشكلات قد تكمن في أكثر الأماكن غرابة، وأن العلم، بفضوله المستمر وابتكاره الدائم، قادر على تحويل التحديات إلى فرص للتقدم البشري.

Author: طارق قابيل

يمثل الدكتور طارق قابيل نموذجًا بارزًا للعالم المصري الملتزم بتطوير العلوم. فمن خلال مسيرته الحافلة بالإنجازات، استطاع أن يساهم بشكل كبير في مجال الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية في مصر. وقد ساهم بشكل كبير في تطوير هذا المجال، وحقق إنجازات بارزة على الصعيدين المحلي والدولي. حصل الدكتور قابيل على درجة الدكتوراه في الهندسة الوراثية من جامعة القاهرة بالتعاون مع جامعة كليمسون الأمريكية، حيث أجرى أبحاثًا رائدة في زراعة الأنسجة النباتية. عمل كأستاذ زائر في جامعة كليمسون وشارك في العديد من المشاريع البحثية الوطنية والدولية. يشغل الدكتور قابيل حاليًا منصب مقرر لجنة الآداب والعلوم الاجتماعية والثقافة العلمية بمكتب التقييم الفني لأكاديمية البحث العلمي والتكنولوجيا في مصر، وأمين مجلس الثقافة والمعرفة بالأكاديمية الباحث الرئيسي لخريطة طريق التواصل العلمي، حيث يساهم في صياغة السياسات العلمية وتوجيه البحث العلمي نحو تحقيق التنمية المستدامة. كما أنه عضو في العديد من الجمعيات العلمية، مما يؤكد مكانته البارزة في المجتمع العلمي المصري والعربي. للدكتور طارق قابيل أكثر من 1000 مقال في تبسيط العلوم في أهم المجلات والجرائد العربية، ويعتبر رائدًا من رواد الثقافة العلمية في مصر، وتجسد إنجازات الدكتور قابيل التزامه العميق بتطوير العلوم ورفع مستوى البحث العلمي في مصر والعالم العربي. وبفضل جهوده المتواصلة، أصبح الدكتور طارق قابيل رمزًا للباحث المصري المبدع، الذي يسعى دائمًا إلى تطوير...