Команда из MIT говорит, что Галицин убивает некоторые из самых опасных штаммов в мире
С помощью искусственного интеллекта был обнаружен мощный антибиотик, который убивает некоторые из самых опасных лекарственно-устойчивых бактерий в мире.
Препарат работает по-другому с существующими антибактериальными препаратами и является первым в своем роде, который можно найти, установив AI свободно на обширных цифровых библиотеках фармацевтических соединений.
Тесты показали , что препарат уничтожил целый ряд антибиотикорезистентных штаммов бактерий, включая Acinetobacter baumannii и Enterobacteriaceae, два из трех высокоприоритетных патогенов, которые Всемирная Организация Здравоохранения причисляет к “критическим” для новых антибиотиков.
“С точки зрения открытия антибиотиков, это абсолютно первое”, - сказала Регина Барзилай, старший научный сотрудник проекта и специалист по машинному обучению в Массачусетском технологическом институте (MIT).
“Я думаю, что это один из самых мощных антибиотиков, которые были открыты на сегодняшний день”, - добавил Джеймс Коллинз, биоинженер из команды MIT. "Он обладает замечательной активностью в отношении широкого спектра антибиотикоустойчивых патогенов.”
Устойчивость к антибиотикам возникает, когда бактерии мутируют и эволюционируют, чтобы обойти механизмы, которые антимикробные препараты используют, чтобы убить их. Без новых антибиотиков для борьбы с резистентностью 10 миллионов жизней во всем мире могут каждый год подвергаться риску от инфекций к 2050 году, предупреждает отчет правительства Кэмерона О'Нила.
Чтобы найти новые антибиотики, исследователи сначала обучили алгоритм "глубокого обучения", чтобы определить виды молекул, которые убивают бактерии. Для этого они скормили программе информацию об атомно-молекулярных особенностях почти 2500 лекарственных препаратов и природных соединений, а также о том, насколько хорошо или плохо вещество блокировало рост клопа E coli.
После того, как алгоритм узнал, какие молекулярные особенности делают хорошие антибиотики, ученые установили его работу над библиотекой из более чем 6000 соединений, исследуемых для лечения различных заболеваний человека. Вместо того, чтобы искать какие-либо потенциальные антимикробные препараты, алгоритм сосредоточился на соединениях, которые выглядели эффективными, но в отличие от существующих антибиотиков. Это увеличило шансы на то, что лекарства будут работать радикально новыми способами, к которым у насекомых еще не развилась устойчивость.
Джонатан Стоукс, первый автор исследования, сказал, что потребовалось несколько часов для алгоритма, чтобы оценить соединения и придумать некоторые перспективные антибиотики. Один из них, который исследователи назвали “Галицин” в честь Хэла, астронавта, беспокоящего ИИ в фильме "2001: Космическая одиссея", выглядел особенно мощным.
В статье, опубликованной в журнале Cell, исследователи описывают, как они лечили многочисленные лекарственно-устойчивые инфекции с помощью Галицина, соединения, которое первоначально было разработано для лечения диабета, но которое упало на обочину, прежде чем оно достигло клиники.
Тесты на бактериях, собранных от пациентов, показали, что Галицин убивал микобактерии туберкулеза, ошибку, которая вызывает туберкулез, и штаммы энтеробактерий, которые устойчивы к карбапенемам, группе антибиотиков, которые считаются последним средством для таких инфекций. Галицин также очищал c difficile и multidrug-resistant Acinetobacter baumannii инфекции у мышей.
Чтобы охотиться за более новыми препаратами, команда затем обратилась к массивной цифровой базе данных около 1,5 млрд соединений. Они установили алгоритм, работающий на 107m из них. Три дня спустя программа вернула короткий список из 23 потенциальных антибиотиков, из которых два, как представляется, являются особенно сильными. Теперь ученые намерены искать больше информации в базе данных.
Стокс сказал, что было бы невозможно экранировать все 107m соединения обычным путем получения или изготовления веществ, а затем проверить их в лаборатории. "Будучи в состоянии выполнять эти эксперименты в компьютере значительно сокращает время и стоимость, чтобы посмотреть на эти соединения”, - сказал он.
Теперь Барзилай хочет использовать алгоритм для поиска антибиотиков, которые являются более избирательными в бактериях, которых они убивают. Это означало бы, что прием антибиотика убивает только насекомых, вызывающих инфекцию, а не все здоровые бактерии, которые живут в кишечнике. Более амбициозно, ученые стремятся использовать алгоритм для разработки мощных новых антибиотиков с нуля.
” Эта работа действительно замечательна",-сказал Джейкоб Даррант, который работает над компьютерным дизайном лекарств в Университете Питтсбурга. "Их подход подчеркивает мощь компьютерного обнаружения наркотиков. Было бы невозможно физически протестировать более 100 м соединений на антибактериальную активность.”
"Учитывая типичные затраты на разработку лекарств, как с точки зрения времени, так и с точки зрения денег, любой метод, который может ускорить открытие лекарств на ранней стадии, может оказать большое влияние”,-добавил он.
