Sztuczna inteligencja odkryła nowy, silny antybiotyk, który zabija lekooporne bakterie

Naukowcy z MIT wpadli na pomysł, aby wykorzystać sztuczną inteligencję do przeszukiwania baz danych, które gromadzą znane związki chemiczne. Efektem tego jest nowo odkryty, silny antybiotyk, który ma sobie poradzić z lekoopornymi bakteriami. W tym samym badaniu zidentyfikowano także kilku innych, obiecujących kandydatów na antybiotyki. Naukowcy uważają, że takie podejście można również wykorzystać do projektowania nowych leków. Chcą teraz wykorzystać moc sztucznej inteligencji do walki z rakiem. 

Zanim AI przystąpiła do pracy, została odpowiednio „przeszkolona” w znajdowaniu związków, które mogą mieć działanie bakteriobójcze. Metoda „nauki” polegała na na tym, że sztuczna sieć na podstawie setek tysięcy przykładów, tak dopasowuje swoje parametry, aby jak najlepiej wykonywać określone zadanie.

Algorytmy sztucznej inteligencji są w ten sposób uczone na przykład rozpoznawania określonych obiektów. W medycynie dotyczy to diagnozowania chorób. Badacze z Uniwersytetu Stanforda opracowali np. algorytm do rozpoznawania podejrzanych zmian na skórze, których przyczyną może być czerniak. Sztuczna inteligencja radzi sobie z tym równie dobrze, jak doświadczeni dermatolodzy.

Badacze z MIT postanowili nauczyć algorytm sztucznej inteligencji rozpoznawania związków chemicznych, które mogą szkodzić bakteriom.

Po „treningu” sztuczna inteligencja dostała polecenie przeszukania bazy w której umieszczone jest około 6000 związków mogących mieć lecznicze zastosowanie.  Algorytm miał znaleźć cząsteczki, które działają szkodliwie na bakterie E. coli (zgodnie z przeszkoleniem), ale przy tym ich struktura chemiczna jest jak najbardziej różna od znanych leków bakteriobójczych.

AI natrafiła na taką cząsteczkę. Co więcej, naukowcy upewnili się również, że prawdopodobnie nie jest toksyczna dla komórek ludzkich. Molekuła ta trafiła do bazy, bo wcześniej była badana jako możliwy lek na cukrzycę. Naukowcy z MIT nazwali ją halicyną i doświadczalnie sprawdzili, że rzeczywiście hamuje rozwój dziesiątków szczepów różnych bakterii, które wyizolowali od pacjentów i hodowali w szalkach laboratoryjnych.

Wstępne badania sugerują, że halicyna zabija bakterie, zaburzając własności przewodzące ich błon komórkowych. Naukowcy twierdzą, że bakterie mogą mieć kłopot z poradzeniem sobie z tym zagrożeniem.

– Nie wystarczy jedna czy kilka mutacji, aby zmienić chemię błony zewnętrznej. To adaptacja, która wydaje się dość trudna do osiągnięcia w trakcie ewolucji – mówi Jonathan Stokes, współautor pracy z MIT.

Wykazano również, że E. coli nie rozwinęły żadnej oporności na halicynę podczas 30-dniowego okresu leczenia. Tymczasem na cyprofloksacynę (antybiotyk stosowany w leczeniu zakażeń układu moczowego) nabywały oporność już po kilku dniach.

– Udało nam się ujawnić niesamowitą cząsteczkę, która jest prawdopodobnie jednym z najsilniejszych odkrytych antybiotyków. Chcieliśmy zapoczątkować nową erę odkrywania leków antybiotykowych – mówi kierujący zespołem James Collins, profesor inżynierii medycznej na MIT w Cambridge.

Planowane są dalsze badania nad halicyną, we współpracy z firmą farmaceutyczną lub organizacją non profit, w celu opracowania i zarejestrowania nowego antybiotyku do leczenia ludzi.

Po zidentyfikowaniu halicyny naukowcy dali swojej AI kolejne zadanie. Sztuczna inteligencja przeszukała ponad 100 milionów cząsteczek z bazy danych ZINC15, internetowej kolekcji około 1,5 miliarda związków chemicznych. Program w ciągu zaledwie trzech dni zidentyfikował 23 potencjalnie bakteriobójcze związki, które strukturalnie różnią się od istniejących antybiotyków, a jednocześnie jest także duża szansa, że są nietoksyczne dla ludzkich komórek.

Eksperyment jest odpowiedzią na problem wzrastającej oporności chorobotwórczych bakterii na leki. W ostatnich latach na świecie rozprzestrzeniają się szczepy bakterii, na które nie działają już żadne antybiotyki. Szacuje się, że takie zakażenia zabijają już kilkaset tysięcy pacjentów rocznie. Z drugiej strony nie pojawiają się nowe antybiotyki, postęp medycyny w tej dziedzinie mocno zwolnił, a praktycznie zahamował. W ostatnich dekadach opracowano bardzo niewiele nowych antybiotyków, większość z nowo zatwierdzonych to tylko warianty istniejących leków.

Źródło: news.mit.edu