Potente antibiotico scoperto usando l’apprendimento automatico per la prima volta
Un potente antibiotico che uccide alcuni dei più pericolosi batteri resistenti ai farmaci nel mondo è stato scoperto usando l’intelligenza artificiale.
Il farmaco funziona in un modo diverso dagli antibatterici esistenti ed è il primo del suo genere ad essere trovato impostando l’AI sciolto su vaste librerie digitali di composti farmaceutici.
I test hanno dimostrato che il farmaco ha spazzato via una serie di ceppi di batteri resistenti agli antibiotici, tra cui Acinetobacter baumannii e Enterobacteriaceae, due dei tre patogeni ad alta priorità che l’Organizzazione mondiale della sanità classifica come “critici” per i nuovi antibiotici da colpire.
“In termini di scoperta di antibiotici, questa è assolutamente una prima volta”, ha detto Regina Barzilay, un ricercatore senior del progetto e specialista in apprendimento automatico al Massachusetts Institute of Technology (MIT).
“Penso che questo sia uno degli antibiotici più potenti che è stato scoperto fino ad oggi”, ha aggiunto James Collins, un bioingegnere del team al MIT. “Ha un’attività notevole contro una vasta gamma di patogeni resistenti agli antibiotici”.
La resistenza agli antibiotici nasce quando i batteri mutano e si evolvono per aggirare i meccanismi che i farmaci antimicrobici usano per ucciderli. Senza nuovi antibiotici per affrontare la resistenza, 10 milioni di vite in tutto il mondo potrebbero essere a rischio ogni anno da infezioni entro il 2050, ha avvertito il rapporto O’Neill del governo Cameron.
Per trovare nuovi antibiotici, i ricercatori hanno prima addestrato un algoritmo di “apprendimento profondo” per identificare i tipi di molecole che uccidono i batteri. Per fare questo, hanno alimentato il programma con informazioni sulle caratteristiche atomiche e molecolari di quasi 2.500 farmaci e composti naturali, e quanto bene o non la sostanza ha bloccato la crescita del bug E coli.
Una volta che l’algoritmo aveva imparato quali caratteristiche molecolari ha fatto per buoni antibiotici, gli scienziati lo hanno impostato a lavorare su una libreria di più di 6.000 composti sotto inchiesta per il trattamento di varie malattie umane. Piuttosto che cercare qualsiasi potenziale antimicrobico, l’algoritmo si è concentrato sui composti che sembravano efficaci ma a differenza degli antibiotici esistenti. Questo ha aumentato le possibilità che i farmaci funzionino in modi radicalmente nuovi che gli insetti devono ancora sviluppare resistenza.
Jonathan Stokes, il primo autore dello studio, ha detto che l’algoritmo ha impiegato poche ore per valutare i composti e trovare alcuni antibiotici promettenti. Uno, che i ricercatori hanno chiamato “halicin” dopo Hal, l’intelligenza artificiale che disturba gli astronauti nel film 2001: Odissea nello spazio, sembrava particolarmente potente.
Scrivendo nella rivista Cell, i ricercatori descrivono come hanno trattato numerose infezioni resistenti ai farmaci con halicin, un composto che è stato originariamente sviluppato per trattare il diabete, ma che è caduto nel dimenticatoio prima di raggiungere la clinica.
I test sui batteri raccolti dai pazienti hanno mostrato che l’alicina ha ucciso il Mycobacterium tuberculosis, l’insetto che causa la TB, e ceppi di Enterobacteriaceae che sono resistenti ai carbapenemi, un gruppo di antibiotici che sono considerati l’ultima risorsa per tali infezioni. L’alicina ha anche eliminato le infezioni da C difficile e Acinetobacter baumannii multiresistente nei topi.
Per cercare altri nuovi farmaci, il team si è rivolto a un enorme database digitale di circa 1,5 miliardi di composti. Hanno impostato l’algoritmo lavorando su 107m di questi. Tre giorni dopo, il programma ha restituito una lista di 23 potenziali antibiotici, di cui due sembrano essere particolarmente potenti. Gli scienziati hanno ora intenzione di cercare di più nel database.
Stokes ha detto che sarebbe stato impossibile vagliare tutti i 107m composti per la via convenzionale di ottenere o fare le sostanze e poi testarle in laboratorio. “Essere in grado di eseguire questi esperimenti nel computer riduce drasticamente il tempo e il costo per esaminare questi composti”, ha detto.
Barzilay ora vuole utilizzare l’algoritmo per trovare antibiotici che sono più selettivi nei batteri che uccidono. Questo significherebbe che prendere l’antibiotico uccide solo gli insetti che causano un’infezione e non tutti i batteri sani che vivono nell’intestino. Più ambiziosamente, gli scienziati mirano a utilizzare l’algoritmo per progettare nuovi potenti antibiotici da zero.
“Il lavoro è davvero notevole”, ha detto Jacob Durrant, che lavora sulla progettazione di farmaci assistita dal computer presso l’Università di Pittsburgh. “Il loro approccio evidenzia la potenza della scoperta di farmaci assistita dal computer. Sarebbe impossibile testare fisicamente oltre 100 milioni di composti per l’attività antibiotica”.”
“Dati i costi tipici di sviluppo dei farmaci, sia in termini di tempo che di denaro, qualsiasi metodo che può accelerare la scoperta di farmaci nella fase iniziale ha il potenziale per avere un grande impatto”, ha aggiunto.
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