Штучний інтелект прискорив розробку нового антибіотика
Дослідники з Маcсачусетського технологічного інституту (США) за допомогою алгоритмів машинного навчання знайшли* антибіотик з новим механізмом дії, активний проти більшості патогенних бактерій, зокрема мультирезистентних. Нову сполуку назвали галіцин на честь відомого літературного та кіногероя, «інтелектуального» бортового комп’ютеру космічного корабля HAL 9000 з «Космічної одіссеї 2001» Артура Кларка (к/ф режисера Стенлі Кубрика)
Світ гостро потребує нових антимікробніх засобів, адже старі швидко втрачають ефективність через поширення антибіотикорезистентності. Розробка нових антибіотиків є дуже складною справою, яка потребує великих коштів та часу. Фармкомпанії не схильні інвестувати у препарати, які дуже швидко можуть виявитися неефективними через розвиток у бактерій стійкості до них. Для полегшення та пришвидшення процесу створення нових антимікробних засобів дослідники з МІТ запропонувала застосувати алгоритми машинного навчання.
Для навчання штучного інтелекту вчені використали базу даних, що містила структури 2 335 схвалених FDA синтетичних і природних молекул з антибактеріальними властивостями. Завдяки цій базі нейромережа навчилася прогнозувати, які молекули можуть ефективно пригнічувати ріст кишкової палички (Escherichia coli). Після цього у базі, що містила мільйони різних молекул, нейромережа ідентифікувала речовину, яка мала бути активною проти кишкової палички та при цьому не була токсичною для людини.
Читайте також: Пеніциліни — антибіотики, з яких усе починалось
Виявлена штучним інтелектом молекула, названа галіцином, не була схожа на відомі антибіотики, найближчим за структурою до неї виявився метронідазол. Галіцин у дослідах in vitro продемонстрував достатню ефективність проти широкого спектру бактерій, зокрема мультирезистентних штамів: туберкульозної палички (Mycobacterium tuberculosis), стійких до карбапенему ентеробактерій (Enterobacteriaceae), пан резистентного штаму Acinetobacter baumannii, а також збудника псевдомембранозного коліту Clostridioides difficile. Не вдалося впоратися галіцину лише з синьогнійною паличкою Pseudomonas aeruginosa.
Як діє галіцин, ще достеменно не відомо, але вчені припускають, що препарат діє за невідомим раніше механізмом, а саме впливає на мембранні протонні помпи та порушує градієнт рН всередині та зовні клітини.
Протягом 30 днів експерименту кишкова паличка не розвинули стійкості до галіцину, що є непоганим показником, адже, наприклад, до ципрофлоксацину, за той самий час бактерія стала у 200 разів резистентнішою, ніж на початку дослідження.
Читайте також: Драг-дизайн — современный уровень создания новых лекарств
Також галіцин випробовували в експериментах на мишах: антибіотик у формі мазі наносили на шкірні рани, інфіковані панрезистентним штамом Acinetobacter baumannii. Антибіотик повністю очистив рану від патогенну протягом 24 год. Також галіцин за 96 год ефективно вилікував у мишей псевдомембранозний коліт (небезпечний побічний ефект застосування антибіотиків), спричинений Clostridium difficile.
Автори роботи вважають галіцин одним із найпотужніших доступних нині антибіотиків. При цьому галіцин був не єдиною знахідкою штучного інтелекту у базі даних, і найближчим часом вчені планують випробувати інших кандидатів.
Робота вчених з МІТ ще раз довела, що використання штучного інтелекту в медицині може значно пришвидшити пошук нових лікарських засобів із заданими властивостями.
* Stokes JM, Yang K, Swanson K et al. A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery. Cell, 2020, 180(4): 688-702.E13. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021
