Setkaly se zabijácké superbakterie se svým kryptonitem?
Algoritmus strojového učení identifikoval novou antibiotickou sloučeninu, která zabíjí kmeny bakterií, jež jsou odolné vůči všem známým antibiotikům.
A činí tak způsobem, vůči němuž si bakterie možná nedokážou vytvořit rezistenci – a řeší tak jeden z největších problémů veřejného zdraví 21. století.
Počítačový model s umělou inteligencí, který vyvinuli vědci z Massachusettského technologického institutu, dokáže během několika dní prověřit více než 100 milionů chemických sloučenin – a je naprogramován tak, aby vybral potenciální antibiotika, která zabíjejí bakterie pomocí jiných mechanismů než stávající léky.
Potenciálních sloučenin bylo objeveno několik, ale jedna z nich se ukázala jako silný zabiják bacilů.
Vědci molekulu pojmenovali „halicin“, na počest HAL, strašidelného systému umělé inteligence z filmu 2001: Vesmírná odysea.
Jeden z výzkumníků popsal „úžasnou“ molekulu jako „pravděpodobně jedno z nejsilnějších antibiotik, které bylo objeveno“.
Vědci mají tendenci neříkat „jako nikdy“, ale to je podstata jeho nadšení.
Většina testů probíhala na Petriho miskách.
Pro ověření účinnosti molekuly na zvířatech však byly myši vystaveny ultrarezistentnímu kmeni Acinetobacter baumannii.
Tato bakterie postihla mnoho amerických vojáků nasazených v Iráku a Afghánistánu a v některých případech způsobila vážné infekce plic, krve a mozku.
Aplikace nové sloučeniny infekce během 24 hodin zcela odstranila.
Několik vzácných dobrých zpráv
Jedná se o dobrou zprávu v oblasti výzkumu, který téměř ustrnul na mrtvém bodě.
Jak nedávno informoval deník The New Daily, velké farmaceutické společnosti opustily nákladnou snahu o vývoj nových kmenů antibiotik – protože v tom nejsou peníze – a ponechaly tak světovou populaci napospas dříve léčitelným nemocem.
Světová zdravotnická organizace při vztyčení vlajky v této věci upozornila na nedostatek tolik potřebných inovací v malém počtu vyvíjených nových kmenů antibiotik.
Výzkum MIT je inovativní v tom, že sloučenina halicin, která byla dříve zkoušena jako lék proti cukrovce, zřejmě zabíjí bakterie novým způsobem.
Zřejmě narušuje schopnost brouků udržovat tzv. elektrochemický gradient napříč jejich buněčnými membránami.
Tento gradient je mimo jiné nezbytný k produkci adenosintrifosfátu (ATP) – molekul, které buňky používají k ukládání energie. Když se tento gradient poruší, buňky odumírají.
Výzkumníci naznačují, že vůči tomuto typu mechanismu zabíjení by si bakterie mohly jen obtížně vytvořit rezistenci, což je lákavá vyhlídka.
„Chtěli jsme vyvinout platformu, která by nám umožnila využít sílu umělé inteligence k nastolení nové éry objevování antibiotik,“ uvedl v připraveném prohlášení Dr. James Collins, profesor lékařského inženýrství na MIT.
Náš přístup odhalil tuto úžasnou molekulu, která je pravděpodobně jedním z nejúčinnějších antibiotik, která byla objevena.“
Nalezení správného modelu umělé inteligence
Doktor Collins uvedl, že existuje „rostoucí krize kolem rezistence vůči antibiotikům a tato situace je generována jak rostoucím počtem patogenů, které se stávají rezistentními vůči stávajícím antibiotikům, tak anemickou přípravou nových antibiotik v biotechnologickém a farmaceutickém průmyslu.“
Podle prohlášení MIT navrhli vědci svůj algoritmus strojového učení tak, aby hledal chemické vlastnosti, díky nimž jsou molekuly účinné při zabíjení E. coli.
Pro tento účel vycvičili model na přibližně 2500 molekulách, včetně asi 1700 léků schválených FDA a souboru 800 přírodních produktů.
Po natrénování modelu jej vědci otestovali na databázi Drug Repurposing Hub Broad Institute, která obsahuje asi 6000 sloučenin a která byla předmětem předchozí zprávy o nových lécích proti rakovině z deníku The New Daily.
Model vybral molekulu nyní známou jako halicin, u které byla předpovězena silná antibakteriální aktivita a chemická struktura odlišná od všech stávajících antibiotik.
Pomocí jiného modelu strojového učení vědci také ukázali, že tato molekula bude mít pravděpodobně nízkou toxicitu pro lidské buňky.
Výzkumníci testovali halicin proti desítkám bakteriálních kmenů izolovaných od pacientů a pěstovaných na laboratorních miskách a zjistili, že je schopen zabíjet mnohé z nich, které jsou odolné vůči léčbě, včetně multirezistentní formy tuberkulózy a patogenů, které běžně sužují nemocniční zařízení.
V této studii vědci zjistili, že bakterie E. coli si během 30denní léčby nevytvořily žádnou rezistenci vůči halicinu.
Naopak vůči antibiotiku ciprofloxacinu si bakterie začaly vytvářet rezistenci během jednoho až tří dnů a po 30 dnech byly bakterie vůči ciprofloxacinu asi 200krát odolnější než na začátku experimentu.
Výzkumníci plánují pokračovat v dalších studiích halicinu ve spolupráci s farmaceutickou společností nebo neziskovou organizací v naději, že jej vyvinou pro použití u lidí.