Silné antibiotikum poprvé objevené pomocí strojového učení
Silné antibiotikum, které zabíjí některé z nejnebezpečnějších bakterií na světě odolných vůči lékům, bylo objeveno pomocí umělé inteligence.
Lék funguje jiným způsobem než stávající antibakteriální látky a je prvním svého druhu, který byl objeven díky tomu, že umělá inteligence prohledala rozsáhlé digitální knihovny farmaceutických sloučenin.
Testy ukázaly, že lék zlikvidoval řadu kmenů bakterií rezistentních vůči antibiotikům, včetně Acinetobacter baumannii a Enterobacteriaceae, dvou ze tří vysoce prioritních patogenů, které Světová zdravotnická organizace řadí mezi „kritické“, na něž by se měla nová antibiotika zaměřit.
„Z hlediska objevu antibiotik je to absolutně první objev,“ řekla Regina Barzilayová, vedoucí výzkumná pracovnice projektu a specialistka na strojové učení na Massachusettském technologickém institutu (MIT).
„Myslím, že je to jedno z nejúčinnějších antibiotik, které bylo dosud objeveno,“ dodal James Collins, bioinženýr z týmu na MIT. „Má pozoruhodnou aktivitu proti široké škále patogenů rezistentních vůči antibiotikům.“
Rezistence vůči antibiotikům vzniká, když bakterie zmutují a vyvinou se tak, aby obešly mechanismy, které antimikrobiální léky používají k jejich zničení. Bez nových antibiotik, která by rezistenci řešila, by do roku 2050 mohlo být na celém světě každoročně ohroženo 10 milionů životů v důsledku infekcí, varovala O’Neillova zpráva Cameronovy vlády.
Pro nalezení nových antibiotik vědci nejprve vycvičili algoritmus „hlubokého učení“, aby identifikoval druhy molekul, které zabíjejí bakterie. Za tímto účelem předávali programu informace o atomárních a molekulárních vlastnostech téměř 2 500 léků a přírodních sloučenin a o tom, jak dobře či špatně daná látka blokuje růst bakterie E. coli.
Když se algoritmus naučil, jaké molekulární vlastnosti vytvářejí dobrá antibiotika, vědci mu zadali práci s knihovnou více než 6 000 sloučenin zkoumaných pro léčbu různých lidských onemocnění. Namísto hledání jakýchkoli potenciálních antimikrobiálních látek se algoritmus zaměřil na sloučeniny, které vypadaly účinně, ale na rozdíl od stávajících antibiotik. Tím se zvýšila šance, že léky budou fungovat radikálně novým způsobem, na který si brouci ještě nevyvinuli rezistenci.
Jonathan Stokes, první autor studie, uvedl, že algoritmu trvalo několik hodin, než vyhodnotil sloučeniny a přišel s několika slibnými antibiotiky. Jedno z nich, které vědci pojmenovali „halicin“ podle Hala, astronauta obtěžujícího umělou inteligenci ve filmu 2001: Vesmírná odysea, vypadalo obzvláště účinně.
Vědci v časopise Cell popisují, jak léčili četné infekce rezistentní vůči lékům pomocí halicinu, sloučeniny, která byla původně vyvinuta k léčbě cukrovky, ale která se dostala na okraj zájmu dříve, než se dostala na kliniku.
Testy na bakteriích odebraných pacientům ukázaly, že halicin ničí Mycobacterium tuberculosis, bacil, který způsobuje tuberkulózu, a kmeny Enterobacteriaceae, které jsou rezistentní vůči karbapenemům, skupině antibiotik, která jsou považována za poslední možnost léčby takových infekcí. Halicin také vyřešil infekce způsobené C difficile a multirezistentním Acinetobacter baumannii u myší.
Pro hledání dalších nových léků se tým dále obrátil na obrovskou digitální databázi obsahující asi 1,5 miliardy sloučenin. Algoritmus nastavili na práci se 107 miliony z nich. Po třech dnech program vrátil užší seznam 23 potenciálních antibiotik, z nichž dvě se zdají být obzvláště účinná. Vědci nyní hodlají prohledat další části databáze.
Stokes uvedl, že by bylo nemožné prověřit všech 107 milionů sloučenin běžnou cestou získávání nebo výroby látek a jejich následného testování v laboratoři. „Možnost provádět tyto experimenty v počítači dramaticky snižuje čas a náklady na zkoumání těchto sloučenin,“ řekl.“
Barzilay chce nyní algoritmus využít k nalezení antibiotik, která jsou selektivnější z hlediska bakterií, které zabíjejí. To by znamenalo, že užívání antibiotik zabíjí pouze bakterie způsobující infekci, a ne všechny zdravé bakterie, které žijí ve střevech. Ještě ambicióznějším cílem vědců je použít algoritmus k návrhu nových účinných antibiotik od základu.
„Ta práce je opravdu pozoruhodná,“ řekl Jacob Durrant, který pracuje na počítačovém návrhu léků na Pittsburské univerzitě. „Jejich přístup podtrhuje sílu počítačem podporovaného objevování léků. Bylo by nemožné fyzicky testovat více než 100 milionů sloučenin na antibiotickou aktivitu.“
„Vzhledem k typickým nákladům na vývoj léků, a to jak z hlediska času, tak peněz, má každá metoda, která může urychlit objevování léků v rané fázi, potenciál mít velký dopad,“ dodal.
{{{topLeft}}
{{{bottomLeft}}
{{{topRight}}
{{{bottomRight}}
.
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraphs}}{{highlightedText}}
- Sdílet na Facebooku
- Sdílet na Twitteru
- Sdílet e-mailem
- Sdílet na LinkedIn
- Sdílet na Pinterestu
- Sdílet na WhatsApp
- Sdílet na Messenger
.