Искусственный интеллект впервые обнаружил мощный антибиотик
При помощи искусственного интеллекта был обнаружен мощный антибиотик, который убивает некоторые из самых опасных лекарственно устойчивых бактерий в мире.
Препарат работает иначе, чем существующие антибактериальные лекарства, и является первым в своем роде, использующим ИИ для обнаружения в больших цифровых библиотеках фармацевтических соединений.
Испытания показали, что препарат уничтожил целый ряд устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий, в том числе Acinetobacter baumannii и Enterobacteriaceae, два из трех высокоприоритетных патогенов, которые Всемирная организация здравоохранения считает "критическими" для новых антибиотиков, на которые необходимо воздействовать.
Устойчивость к антибиотикам возникает, когда бактерии мутируют и эволюционируют, чтобы обойти механизмы, используемые антимикробными препаратами для их уничтожения. Согласно докладу правительства Кэмерона О'Нила, без новых антибиотиков для борьбы с резистентностью к 2050 году 10 млн. жизней по всему миру будут подвергаться риску ежегодно.
Чтобы найти новые антибиотики, исследователи сначала обучили ИИ алгоритму "глубокого обучения", чтобы идентифицировать виды молекул, которые убивают бактерии. Для этого они предоставили программе информацию об атомных и молекулярных особенностях почти 2500 лекарств и природных соединений, а также о том, насколько хорошо это вещество блокировало рост бактерии E coli.
После того, как алгоритм узнал, какие молекулярные свойства были сделаны для хороших антибиотиков, ученые установили его работу над библиотекой из более чем 6 тыс. исследуемых соединений для лечения различных заболеваний человека. Вместо того, чтобы искать какие-либо потенциальные противомикробные препараты, алгоритм сосредоточился на соединениях, которые выглядели эффективными, но отличающихся от существующих антибиотиков. Это повысило шансы того, что лекарства будут работать кардинально новыми методами, к которым у бактерий еще не выработалась устойчивость.
Джонатан Стоукс, первый автор исследования, сказал, что алгоритм исследует соединения и разрабатывает некоторые многообещающие антибиотики в течение нескольких часов. Один из них, который исследователи назвали "галицином" в честь Хэла, космонавта использующего ИИ в фильме "Космическая одиссея 2001 года", выглядел особенно мощным.
В своей статье в журнале Cell исследователи описывают, как они лечили многочисленные лекарственно-устойчивые инфекции с помощью галицина, соединения, которое было первоначально разработано для лечения диабета, но отошло на второй план до того, как оно достигло клиники.
Испытания на бактериях, собранных у пациентов, показали, что галицин убивает Mycobacterium tuberculosis, бактерию, вызывающую туберкулез, и штаммы Enterobacteriaceae, которые устойчивы к карбапенемам, группе антибиотиков, которые считаются последним средством для таких инфекций. Галицин также был испытан на мышах, излечив их от C difficile и множественной лекарственной устойчивости Acinetobacter baumannii.
Чтобы найти новые лекарства, команда обратилась к огромной цифровой базе данных, содержащей около 1,5 млрд. соединений. Они установили алгоритм работы на 107 млн. из них. Три дня спустя программа вернула короткий список из 23 потенциальных антибиотиков, два из которых оказались особенно сильнодействующими. Ученые теперь намерены искать больше в базе данных.
Стоукс сказал, что было бы невозможно провести скрининг всех 107 млн. соединений обычным способом получения или изготовления веществ, а затем протестировать их в лаборатории. "Возможность проводить эти эксперименты на компьютере значительно сокращает время и затраты на просмотр этих соединений", - сказал он.
Теперь Barzilay хочет использовать алгоритм, чтобы найти антибиотики, которые более избирательны в отношении бактерий, которые они убивают. Это будет означать, что прием антибиотика убивает только те бактерии, которые вызывают инфекцию, а не все здоровые бактерии, которые живут в кишечнике. Ученые стремятся использовать алгоритм для разработки новых мощных антибиотиков с нуля.
По материалам: The Guardian.
