Алгоритъмът за изкуствен интелект създава антибиотик, ефективен срещу устойчиви на лекарства бактерии
Алгоритъмът за изкуствен интелект създава антибиотик, ефективен срещу устойчиви на лекарства бактерии

Видео: Алгоритъмът за изкуствен интелект създава антибиотик, ефективен срещу устойчиви на лекарства бактерии

Видео: From an Atheist to Holiness. AllatRa TV 2022, Ноември
Anonim

Александър Флеминг открива за пръв път пеницилина през 1928 г. Въпреки че работата му се основава на усилията на няколко изследователи, които са дошли преди него, той в крайна сметка е отличен с Нобелова награда за медицина. В речта си за приемане той предупреди, че един ден бактериите може да се адаптират към пеницилина и да го направят по-малко полезен и точно това се е случило. Днес има много устойчиви на лекарства бактерии, които намаляват палиативния ефект на пеницилина и много други антибиотици, които са широко предписвани от лекарите, често с поощрение на фармацевтичните компании.

Създаването на нови лекарства е трудоемък процес, който може да бъде агонизиращо бавен. Разработването на нови лекарства може да отнеме години или понякога десетилетия, което е една от причините цените на лекарствата често да са изключително високи. Някой трябва да плаща за всички лаборатории и техници, които извършват изследвания за нови лекарства за година след година. Много пъти клиницистите дори не знаят дали лекарствата, върху които работят, са ефективни, докато не са далеч в своите изследвания.

Изкуственият интелект създава нов антибиотик
Изкуственият интелект създава нов антибиотик

Изследователите от MIT са използвали алгоритъм за машинно обучение, за да идентифицират лекарство, наречено халицин, което убива много щамове бактерии. Халицин (горен ред) предотвратява развитието на антибиотична резистентност при Е. coli, докато ципрофлоксацин (долен ред) не. Изображение: с любезното съдействие на лабораторията Collins в MIT.

Изкуственият интелект може да помогне за драстично намаляване на времето, необходимо за откриване на нови лекарства. Изследователи от Масачузетския технологичен институт казват, че използвайки алгоритъм AI, те са идентифицирали нов антибиотик, който убива много устойчиви на лекарства бактерии, се казва в доклад на Science Daily. Той също така се оказа ефективен в две проучвания, включващи заразени мишки.

Това, което прави това откритие още по-забележително, е, че компютърът успя да изпълни задачата само за три дни. Алгоритъмът е предназначен да идентифицира потенциални антибиотици, които убиват бактериите, използвайки различни механизми от тези, използвани от съществуващите лекарства, според MIT News.

„Искахме да разработим платформа, която да ни позволи да използваме силата на изкуствения интелект, за да открием нова ера на откриването на антибиотични лекарства“, казва Джеймс Колинс, професор по медицинско инженерство и наука. "Нашият подход разкри тази невероятна молекула, която е може би един от най-мощните антибиотици, които са били открити."

„Изправени сме пред нарастваща криза около антибиотичната резистентност и тази ситуация се поражда както от нарастващия брой патогени, които стават резистентни към съществуващите антибиотици, така и от анемичния тръбопровод в биотехнологичната и фармацевтичната индустрия за нови антибиотици“, казва Колинс.

Алгоритъмът също така идентифицира няколко други потенциални антибиотици, които сега ще бъдат подложени на допълнителни тестове. „Моделът за машинно обучение може да изследва … … големи химически пространства, които могат да бъдат прекалено скъпи за традиционните експериментални подходи,“казва Реджина Барзилай, професор по електротехника и компютърни науки в MIT.

Досега компютърното моделиране беше твърде неточно, за да даде полезни резултати, но най-новите невронни мрежи могат да се научат как автоматично да изразяват потенциалните антибиотици в компютърни термини. Изследователите са проектирали новия си модел, за да търсят химични характеристики, които правят молекулите ефективни при убиването на бактериите на Е. Те обучават модела върху около 2 500 молекули, включително около 1 700 одобрени от FDA лекарства и набор от 800 естествени продукта с разнообразна структура и широк спектър от биологични дейности.

След като моделът беше обучен, изследователите го тестваха върху около 6 000 съединения. Моделът избра една молекула, за която се очакваше да има силна антибактериална активност и имаше химическа структура, различна от всички съществуващи антибиотици. Тази молекула е наречена халицин, име, получено от HAL, компютърът, представен във филма на Стенли Кубрик 2001: Космическа одисея.

[Странична странична бележка №1: първият дизайн на iPhone е вдъхновен от черния монолит, показан в началната последователност на този филм. Странична странична бележка # 2: смята се, че Кубрик е избрал HAL, тъй като всички букви предхождат инициалите IBM, което беше името на доминиращата компютърна компания в света по времето на филма. Моля.]

Изследователите го тествали срещу десетки бактериални щамове, изолирани от пациенти и отглеждани в лабораторни ястия, и установили, че той е в състояние да убие много, които са устойчиви на лечение, включително Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii и Mycobacterium tuberculosis. Лекарството действа срещу всеки вид, който те тестват, с изключение на Pseudomonas aeruginosa, труден за лечение белодробен патоген.

MIT News добавя, че халицинът може да убива бактериите, като нарушава способността им да произвеждат АТФ, молекула, която клетките използват за съхраняване на енергия. Изследователите смятат, че клетките ще имат трудности да се адаптират към такъв разрушителен процес. „Когато си имате работа с молекула, която вероятно се свързва с мембранни компоненти, клетката не може непременно да придобие единична мутация или няколко мутации, за да промени химията на външната мембрана. Подобни мутации са много по-сложни за еволюционно придобиване “, казва Стоукс.

След идентифицирането на халицин, изследователите използваха своя модел, за да скринират повече от 100 милиона молекули, избрани от базата данни ZINC15, онлайн колекция от около 1,5 милиарда химически съединения. Този скрининг, който отне само три дни, идентифицира 23 кандидати, които структурно се различават от съществуващите антибиотици и се предвижда да бъдат нетоксични за човешките клетки.

При лабораторни тестове срещу пет вида бактерии изследователите установяват, че осем от молекулите показват антибактериална активност, а две са особено мощни. Сега изследователите планират да тестват по-нататък тези молекули, а също и да проверят повече от базата данни ZINC15.

Изследователите също така планират да използват техния модел за проектиране на нови антибиотици и за оптимизиране на съществуващите молекули. Например, те биха могли да обучат модела да добавя функции, които биха накарали конкретен антибиотик да се насочи само към определени бактерии, като не му позволява да убива полезни бактерии в храносмилателния тракт на пациента.

Така че учените днес могат да направят за три дни това, което обикновено отнема месеци, години или дори десетилетия. Само си представете дали този вид изследователска сила може да се приложи при търсенето на противоотрова за прегряваща планета!

Популярни по теми