Umjetna inteligencija napravila vrhunski antibiotik

Koristeći algoritam dubokog učenja, znanstvenici MIT-a su došli do novog moćnog antibiotika koji je u laboratorijskim testovima pobio većinu problematičnih bakterija koje izazivaju bolesti, uključujući neke sojeve koji su rezistentni na svepoznate antibiotike, a novi lijek se pokazao uspješnim u suzbijanju infekcija kod dvije različite vrste miševa.

Računalni model koji može proučiti više od sto milijuna kemijskih sastojaka u nekoliko dana, dizajniran je da stvori potencijalne antibiotike koji ubijaju bakterije korištenjem drugačijih metoda u odnosu na postojeće lijekove.

"Željeli smo razviti platformu koja će iskoristiti snagu umjetne inteligencije kako bi nas uvela u novo doba otkrića antibiotika", izjavio je James Collins, profesor medicinskog inženjerstva i znanosti na MIT-evom institutu IMES i Odjelu za biološko inženjerstvo.

"Naš pristup je doveo do nevjerojatne molekule koja je vjerojatno jedan od najsnažnijih antibiotika ikada otkriven", dodaje Collins.

U svojoj novoj studiji znanstvenici su identificirali još nekoliko vrlo obećavajućih kandidata za antibiotike koje planiraju dalje testirati i vjeruju da se njihov računalni model može koristiti za dizajniranje drugih lijekova, temeljem učenja o kemijskim strukturama koje omogućuju lijekovima ubijanje bakterija. 

Ideja o korištenju prediktivnih računalnih modela za razvoj lijekova nije nova, ali do sada ti modeli nisu bili dovoljno precizni da bi mogli dovesti do otkrića novih lijekova. Molekule su bile reprezentirane kao vektori koji reflektiraju nazočnosti ili nepostojanje određenih kemijskih grupa. Za razliku od njih, nove neuralne mreže mogu učiti te reprezentacije automatski, mapiranjem molekula u kontinuirane vektore koji se naknadno koriste za predviđanje njihovih svojstava.

U ovom slučaju znanstvenici su dizajnirali svoj model da traži kemijske značajke koje čine molekule učinkovitim u ubijanju E. coli. Kako bi to postigli, uvježbali su model na oko 2.500 molekula, uključujući 1,700 lijekova odobrenih od strane američke agencije za lijekove FDA i 800 prirodnih proizvoda s različitim strukturama i širokim rasponom bioaktivnosti.

Kada je model uvježban, znanstvenici su ga testirali u Drug Repurposing Hub biblioteci Brod instituta na oko 6.000 sastojaka. Model je odabrao jednu molekulu za koju se previđa da ima jaku antibakterijsku aktivnost i kemijsku strukturu drugačiju od postojećih antibiotika. Korištenjem drugog modela strojnog učenja, ujedno su dokazali da ta molekula vrlo vjerojatno ima vrlo malu toksičnost za ljudske stanice. 

Molekula koju su nazvali Halicin prema HAL AI-u iz filma Svemirska odiseja 2001. potom je testirana na desecima bakterijskih sojeva izoliranih iz pacijenata i uzgojenih u laboratoriju, uključujući Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii i Mycobacterium tuberculosis. Lijek je bio učinkovit na svakom soju koji su testirali s izuzetkom teško izlječivog Pseudomonas aeruginosa plućnog patogena.

Kako bi testitali Halicin na miševima, znanstvenici su tretirali životinje s bakterijom A. baumannii, koja je inficirala mnoge američke vojnike stacionirane u Iraku i Afganistanu i otporna je na sve poznate antibiotike. Novi lijek je kod miševa suzbio sve infekcije unutar 24 sata.

Kao i uvijek u slučaju razvoja novih lijekova, Halicin će morati proći rigorozne testove i ispitivanja na životinjama prije nego FDA odobri klinička testiranja na ljudima, pa bismo do njegova dolaska u ljekarne mogli pričekati još najmanje nekoliko godina.