Tehokas antibiootti löydettiin ensimmäistä kertaa koneoppimisen avulla
Tehokas antibiootti, joka tappaa maailman vaarallisimpia lääkkeille vastustuskykyisiä bakteereja, on löydetty tekoälyn avulla.
Lääke toimii eri tavalla kuin nykyiset antibakteerit, ja se on ensimmäinen laatuaan, joka on löydetty antamalla tekoälylle mahdollisuus tutkia laajoja digitaalisia lääkeaineita.
Kokeet osoittivat, että lääke hävitti useita antibiooteille vastustuskykyisiä bakteerikantoja, mukaan lukien Acinetobacter baumannii ja Enterobacteriaceae, jotka ovat kaksi kolmesta erittäin tärkeästä taudinaiheuttajasta, jotka Maailman terveysjärjestö WHO luokittelee ”kriittisiksi” uusien antibioottien kohteena.
”Antibioottien löytämisen kannalta tämä on ehdottomasti ensimmäinen kerta”, sanoi Regina Barzilay, hankkeen vanhempi tutkija ja koneoppimisen asiantuntija Massachusetts Institute of Technologysta (MIT).
”Mielestäni tämä on yksi tehokkaimmista antibiooteista, joita on tähän mennessä löydetty”, lisäsi James Collins, MIT:n tiimiin kuuluva bioteknikko. ”Sillä on huomattava aktiivisuus monenlaisia antibiooteille vastustuskykyisiä taudinaiheuttajia vastaan.”
Antibioottiresistenssi syntyy, kun bakteerit mutatoituvat ja kehittyvät kiertämään mekanismeja, joita mikrobilääkkeet käyttävät niiden tappamiseen. Ilman uusia antibiootteja resistenssin torjumiseksi 10 miljoonaa ihmishenkeä ympäri maailmaa voi olla vuosittain vaarassa infektioiden vuoksi vuoteen 2050 mennessä, Cameronin hallituksen O’Neillin raportissa varoitettiin.
Uusien antibioottien löytämiseksi tutkijat kouluttivat ensin ”syväoppimisalgoritmin” tunnistamaan, millaiset molekyylit tappavat bakteerit. Tätä varten he syöttivät ohjelmalle tietoa lähes 2 500 lääkkeen ja luonnonyhdisteen atomi- ja molekyylipiirteistä sekä siitä, miten hyvin tai huonosti aine esti E coli -bakteerin kasvua.
Kun algoritmi oli oppinut, mitkä molekyylipiirteet tekivät hyvistä antibiooteista hyviä, tutkijat laittoivat sen työskentelemään kirjastossa, joka koostui yli 6 000 yhdisteestä, joita tutkitaan erilaisten ihmissairauksien hoitamiseksi. Sen sijaan, että algoritmi olisi etsinyt kaikkia potentiaalisia mikrobilääkkeitä, se keskittyi yhdisteisiin, jotka näyttivät tehokkailta, mutta erosivat nykyisistä antibiooteista. Tämä lisäsi mahdollisuuksia siihen, että lääkkeet toimisivat radikaaleilla uusilla tavoilla, joille ötökät eivät vielä olleet kehittäneet vastustuskykyä.
Tutkimuksen ensimmäisenä kirjoittajana toiminut Jonathan Stokes kertoi, että algoritmilta kesti muutama tunti arvioida yhdisteitä ja keksiä joitakin lupaavia antibiootteja. Yksi, jonka tutkijat nimesivät ”halisiiniksi” elokuvassa 2001: Avaruusodysseia esiintyneen, astronautteja häiritsevän tekoälyn Halin mukaan, näytti erityisen tehokkaalta.
Cell-lehdessä kirjoittavat tutkijat kuvaavat, miten he hoitivat lukuisia lääkkeille vastustuskykyisiä infektioita halisiinilla, yhdisteellä, joka kehitettiin alun perin diabeteksen hoitoon, mutta joka jäi sivuun ennen kuin se ehti kliiniseen käyttöön.
Potilailta kerätyillä bakteereilla tehdyt testit osoittivat, että halisiini tappoi tuberkuloosia aiheuttavan Mycobacterium tuberculosis -bakteerin ja Enterobacteriaceae-kantoja, jotka ovat vastustuskykyisiä karbapeneemeille, antibioottiryhmälle, jota pidetään viimeisenä keinona tällaisissa infektioissa. Halisiini poisti myös C difficile- ja moniresistentit Acinetobacter baumannii -infektiot hiirillä.
Muutamien uusien lääkkeiden etsimiseksi tutkimusryhmä kääntyi seuraavaksi massiivisen digitaalisen tietokannan puoleen, jossa on noin 1,5 miljardia yhdistettä. He laittoivat algoritmin työskentelemään 107 miljoonalle näistä. Kolme päivää myöhemmin ohjelma palautti 23 potentiaalisen antibiootin listan, joista kaksi vaikuttaa erityisen tehokkailta. Tutkijat aikovat nyt tutkia lisää tietokannasta.
Stokesin mukaan olisi ollut mahdotonta seuloa kaikkia 107 miljoonaa yhdistettä perinteisellä tavalla, jossa aineita hankittaisiin tai valmistettaisiin ja testattaisiin sitten laboratoriossa. ”Se, että nämä kokeet voidaan tehdä tietokoneella, vähentää dramaattisesti aikaa ja kustannuksia näiden yhdisteiden tutkimiseen”, hän sanoi.
Barzilay haluaa nyt käyttää algoritmia löytääkseen antibiootteja, jotka ovat valikoivampia niiden tappamien bakteerien suhteen. Tämä tarkoittaisi, että antibiootin ottaminen tappaa vain infektiota aiheuttavat bakteerit eikä kaikkia suolistossa eläviä terveitä bakteereja. Vielä kunnianhimoisempaa on, että tutkijat pyrkivät käyttämään algoritmia uusien tehokkaiden antibioottien suunnitteluun tyhjästä.
”Työ on todella merkittävä”, sanoo Jacob Durrant, joka työskentelee tietokoneavusteisen lääkesuunnittelun parissa Pittsburghin yliopistossa. ”Heidän lähestymistapansa korostaa tietokoneavusteisen lääkekehityksen voimaa. Olisi mahdotonta testata fyysisesti yli 100 miljoonan yhdisteen antibioottiaktiivisuutta.”
”Kun otetaan huomioon tyypilliset lääkekehityskustannukset sekä ajallisesti että rahallisesti, kaikilla menetelmillä, joilla voidaan nopeuttaa varhaisen vaiheen lääkekeksintöjä, voi olla suuri vaikutus”, hän lisäsi.
{{topLeft}}
{{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{{/paragraphs}}{{highlightedText}}
Muistutamme sinua osallistumisesta. Odota viestiä postilaatikkoosi toukokuussa 2021. Jos sinulla on kysyttävää osallistumisesta, ota meihin yhteyttä.
- Jaa Facebookissa
- Jaa Twitterissä
- Jaa sähköpostitse
- Jaa LinkedInissä
- Jaa Pinterestissä
- Jaa WhatsAppissa
- Jaa Messengerissä
.