Штучний інтелект вперше виявив потужний антибіотик
За допомогою штучного інтелекту був виявлений потужний антибіотик, який вбиває деякі з найнебезпечніших лікарсько-стійких бактерій в світі.
Препарат працює інакше, ніж існуючі антибактеріальні ліки, і є першим у своєму роді, де був задіяний ШІ для виявлення в великих цифрових бібліотеках фармацевтичних сполук.
Випробування показали, що препарат знищив цілий ряд стійких до антибіотиків штамів бактерій, в тому числі Acinetobacter baumannii і Enterobacteriaceae, два з трьох високопріоритетних патогенів, які Всесвітня організація охорони здоров’я вважає «критичними» для нових антибіотиків, на які необхідно впливати.
Стійкість до антибіотиків виникає, коли бактерії мутують і еволюціонують, щоб обійти механізми, використовувані антимікробними препаратами для їх знищення. Згідно з доповіддю уряду Кемерона О’Ніла, без нових антибіотиків для боротьби з резистентністю до 2050 року 10 млн. життів по всьому світу будуть піддаватися ризику щорічно.
Щоб знайти нові антибіотики, дослідники спочатку навчили ШІ алгоритму «глибокого навчання», щоб ідентифікувати види молекул, які вбивають бактерії. Для цього вони надали програмі інформацію про атомні і молекулярних особливості майже 2500 ліків і природних сполук, а також про те, наскільки добре ця речовина блокувала зростання бактерії E coli.
Після того, як алгоритм дізнався, які молекулярні властивості були зроблені для хороших антибіотиків, вчені встановили його роботу над бібліотекою з більш ніж 6 тис. досліджуваних сполук для лікування різних захворювань людини. Замість того, щоб шукати будь-які потенційні протимікробні препарати, алгоритм зосередився на з’єднаннях, які виглядали ефективними, але відрізняються від існуючих антибіотиків. Це підвищило шанси того, що ліки будуть працювати кардинально новими методами, до яких у бактерій ще не виробилася стійкість.
Джонатан Стоукс, перший автор дослідження, сказав, що алгоритм досліджує з’єднання і розробляє деякі багатообіцяючі антибіотики протягом декількох годин. Один з них, який дослідники назвали «галіцином» на честь Хела, космонавта, що використовує ШІ у фільмі «Космічна одіссея 2001 року», виглядав особливо потужним.
У своїй статті в журналі Cell дослідники описують, як вони лікували численні лікарсько-стійкі інфекції за допомогою галіцина, з’єднання, яке було спочатку розроблено для лікування діабету, але відійшло на другий план до того, як воно досягло клініки.
Випробування на бактеріях, зібраних у пацієнтів, показали, що галицин вбиває Mycobacterium tuberculosis, бактерію, що викликає туберкульоз, і штами Enterobacteriaceae, які стійкі до карбапенемів, групи антибіотиків, які вважаються останнім засобом для таких інфекцій. Галіцин також був випробуваний на мишах, вилікувавши їх від C difficile і множинної лікарської стійкості Acinetobacter baumannii.
Щоб знайти нові ліки, команда звернулася до величезної цифрової бази даних, що містить близько 1,5 млрд. з’єднань. Вони встановили алгоритм роботи на 107 млн. з них. Три дні по тому програма повернула короткий список з 23 потенційних антибіотиків, два з яких виявилися особливо сильнодіючими. Вчені тепер мають намір шукати більше в базі даних.
Стоукс сказав, що було б неможливо провести скринінг всіх 107 млн. з’єднань звичайним способом отримання або виготовлення речовин, а потім протестувати їх в лабораторії. «Можливість проводити ці експерименти на комп’ютері значно скорочує час і витрати на перегляд цих сполук», – сказав він.
Тепер Barzilay хоче використовувати алгоритм, щоб знайти антибіотики, які більш вибагливі щодо бактерій, які вони вбивають. Це буде означати, що прийом антибіотика вбиває тільки ті бактерії, які викликають інфекцію, а не всі здорові бактерії, які живуть в кишечнику. Вчені прагнуть використовувати алгоритм для розробки нових потужних антибіотиків з нуля.