機械学習を利用して強力な抗生物質を初めて発見
世界で最も危険な薬剤耐性菌を殺す強力な抗生物質が、人工知能を利用して発見されました。
この薬は既存の抗菌剤とは異なる方法で作用し、医薬品化合物の膨大なデジタル・ライブラリーをAIに解放して初めて見つけられた種類になります。
テストでは、世界保健機関が新しい抗生物質の標的として「重要」と位置づけている3つの優先度の高い病原菌のうちの2つであるアシネトバクター・バウマニや腸内細菌科など、さまざまな抗生物質耐性菌株を一掃することが確認された。
「抗生物質の発見という点では、これは絶対に初めてのことです」と、このプロジェクトの上級研究員で、マサチューセッツ工科大学 (MIT) の機械学習の専門家である Regina Barzilay 氏は語りました。
MIT でチームの生物工学者である James Collins 氏も「これは現在までに発見されている、より強力な抗生物質のひとつだと思っています」と語りました。 「これは、広範囲の抗生物質耐性病原体に対して驚くべき活性を持っています」
抗生物質耐性は、細菌が変異し、抗菌薬がそれらを殺すために使用するメカニズムを回避するように進化したときに発生します。 耐性に対処するための新しい抗生物質がなければ、2050年までに世界中で毎年1,000万人の命が感染症によって危険にさらされる可能性があると、キャメロン政府のオニール報告書は警告しました。
新しい抗生物質を見つけるために、研究者はまず、バクテリアを殺す種類の分子を識別するための「深層学習」アルゴリズムを訓練しました。 これを行うために、研究者たちは、約2,500の薬物および天然化合物の原子的および分子的特徴に関する情報をプログラムに与え、その物質が大腸菌の成長をどの程度阻止したかという情報を得ました。 このアルゴリズムは、抗菌剤の候補を探すのではなく、既存の抗菌剤とは異なり、効果がありそうな化合物に焦点を当てました。 この結果、虫がまだ耐性を獲得していない、根本的な新しい方法で薬が機能する可能性が高まりました。
この研究の筆頭著者であるジョナサン・ストークス氏は、アルゴリズムが化合物を評価し、有望な抗生物質をいくつか見つけ出すのに数時間かかったと語りました。 研究者たちは、映画『2001年宇宙の旅』の宇宙飛行士を困らせるAIであるハルにちなんで「ハライシン」と名付けたその1つは、特に強力に見えました。
学術誌『Cell』によると、糖尿病の治療のためにもともと開発されていたものの、臨床に至る前に道半ばになってしまった化合物のハライシンで、多数の薬剤耐性感染症をいかに治療したかを述べています。
患者から採取した細菌を試験したところ、ハリシンは、結核の原因菌である結核菌と、このような感染症に対する最後の手段と考えられている抗生物質のグループであるカルバペネムに耐性のある腸内細菌科の菌株を殺すことがわかりました。 さらに新薬を探すために、研究チームは次に、約15億の化合物を含む巨大なデジタルデータベースを利用しました。 そして、そのうちの1億7000万個の化合物について、アルゴリズムを作動させたのです。 3日後、プログラムは23の抗生物質の候補を返し、そのうちの2つが特に強力であるように見えた。 ストークス氏は、物質を入手したり作ったりして研究室でテストするという従来の方法では、1億7000万件の化合物すべてをスクリーニングすることは不可能であっただろうと述べています。 「コンピュータでこれらの実験を行うことができるため、これらの化合物を調べるための時間とコストが劇的に削減されます」と、彼は述べています。 これは、抗生物質を服用することで、腸内に生息する健康な細菌をすべて殺すのではなく、感染症の原因となる細菌だけを殺すことを意味します。 さらに野心的なことに、科学者たちは、このアルゴリズムを使って、強力な新しい抗生物質をゼロから設計することを目指しています。 「彼らのアプローチは、コンピューター支援型創薬の威力を浮き彫りにしています。 時間的にも金銭的にも、一般的な医薬品開発のコストを考えると、初期段階の創薬を加速できる方法は、大きなインパクトを与える可能性があります」と、彼は付け加えました。
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