Czy zabójcze superbakterie spotkały swój kryptonit?
Algorytm uczenia maszynowego zidentyfikował nowy związek antybiotykowy, który zabija szczepy bakterii odporne na wszystkie znane antybiotyki.
I robi to w sposób, na który bakterie mogą nie być w stanie się uodpornić – rozwiązując tym samym jeden z największych problemów zdrowia publicznego XXI wieku.
Model komputerowej sztucznej inteligencji, opracowany przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology, może w ciągu kilku dni przebadać ponad 100 milionów związków chemicznych – i jest zaprogramowany tak, aby wyłowić potencjalne antybiotyki, które zabijają bakterie, wykorzystując inne mechanizmy niż te, które są stosowane w istniejących lekach.
Odkryto kilka potencjalnych związków, ale jeden z nich okazał się szczególnie skutecznym zabójcą robaków.
Naukowcy nazwali tę cząsteczkę „halicyną”, na cześć HAL-a, upiornego systemu AI z filmu 2001: Odyseja kosmiczna.
Jeden z badaczy opisał „niesamowitą” cząsteczkę jako „prawdopodobnie jeden z najpotężniejszych antybiotyków, jakie odkryto”.
Naukowcy zazwyczaj nie mówią „jak nigdy”, ale takie jest sedno jego entuzjazmu.
Większość testów przeprowadzono na szalkach Petriego.
Jednakże, aby sprawdzić skuteczność molekuły u zwierząt, myszy wystawiono na działanie uberodpornego szczepu Acinetobacter baumannii.
Bakteria ta dotknęła wielu amerykańskich żołnierzy stacjonujących w Iraku i Afganistanie, w niektórych przypadkach powodując poważne infekcje w płucach, krwi i mózgu.
Zastosowanie nowego związku całkowicie oczyściło infekcje w ciągu 24 godzin.
Kilka rzadkich dobrych wiadomości
Jest to dobra wiadomość w przestrzeni badawczej, która prawie utknęła w martwym punkcie.
Jak niedawno doniósł The New Daily, firmy Big Pharma porzuciły kosztowną pogoń za rozwojem nowych szczepów antybiotyków – ponieważ nie ma w tym pieniędzy – pozostawiając globalną populację na łasce wcześniej uleczalnych chorób.
Światowa Organizacja Zdrowia, podnosząc flagę w tej sprawie, zauważyła brak bardzo potrzebnej innowacji w niewielkiej liczbie nowych szczepów antybiotyków, które są opracowywane.
Badania MIT są innowacyjne, ponieważ związek halicyna, który był wcześniej testowany jako lek przeciwcukrzycowy, wydaje się zabijać bakterie w nowatorski sposób.
Najwyraźniej zakłóca zdolność bakterii do utrzymywania tak zwanego gradientu elektrochemicznego przez ich błony komórkowe.
Ten gradient jest niezbędny, między innymi, do produkcji adenozynotrójfosforanu (ATP) – cząsteczek, które komórki wykorzystują do przechowywania energii. Kiedy gradient się psuje, komórki umierają.
Badacze sugerują, że ten rodzaj mechanizmu zabijania może być trudny do rozwinięcia przez bakterie odporności, co jest bardzo interesującą perspektywą.
„Chcieliśmy opracować platformę, która pozwoliłaby nam wykorzystać moc sztucznej inteligencji, aby zapoczątkować nową erę odkrywania leków na antybiotyki” – powiedział dr James Collins, profesor inżynierii medycznej MIT, w przygotowanym oświadczeniu.
Nasze podejście ujawniło tę niesamowitą cząsteczkę, która jest prawdopodobnie jednym z najpotężniejszych antybiotyków, jakie zostały odkryte.”
Znalezienie odpowiedniego modelu AI
Dr Collins powiedział, że istnieje „rosnący kryzys wokół oporności na antybiotyki, a sytuacja ta jest generowana zarówno przez rosnącą liczbę patogenów stających się odpornymi na istniejące antybiotyki, jak i anemiczny rurociąg w przemyśle biotechnologicznym i farmaceutycznym dla nowych antybiotyków.”Zgodnie z oświadczeniem MIT, naukowcy zaprojektowali algorytm uczenia maszynowego, aby szukać cech chemicznych, które sprawiają, że cząsteczki są skuteczne w zabijaniu E. coli.
Aby to zrobić, wytrenowali model na około 2500 cząsteczkach, w tym około 1700 zatwierdzonych przez FDA leków i zestawie 800 produktów naturalnych.
Po wytrenowaniu modelu badacze przetestowali go na bibliotece około 6000 związków chemicznych w Broad Institute’s Drug Repurposing Hub, która była przedmiotem poprzedniego raportu na temat nowych leków przeciwnowotworowych z The New Daily.
Model wyłonił cząsteczkę znaną obecnie jako halicyna, która miała silne działanie antybakteryjne i strukturę chemiczną odmienną od wszystkich istniejących antybiotyków.
Używając innego modelu uczenia maszynowego, badacze wykazali również, że cząsteczka ta będzie prawdopodobnie miała niską toksyczność dla komórek ludzkich.
Badacze przetestowali halicynę przeciwko dziesiątkom szczepów bakterii wyizolowanych od pacjentów i wyhodowanych w szalkach laboratoryjnych, i odkryli, że była ona w stanie zabić wiele z nich, które są odporne na leczenie, w tym wielolekooporną formę gruźlicy oraz patogeny, które rutynowo występują w szpitalach.
W tym badaniu naukowcy odkryli, że E. coli nie rozwinęła żadnej odporności na halicynę podczas 30-dniowego okresu leczenia.
W przeciwieństwie do tego, bakterie zaczęły rozwijać odporność na antybiotyk ciprofloksacynę w ciągu jednego do trzech dni, a po 30 dniach bakterie były około 200 razy bardziej odporne na ciprofloksacynę niż na początku eksperymentu.
Badacze planują prowadzić dalsze badania nad halicyną, współpracując z firmą farmaceutyczną lub organizacją non-profit, w nadziei na opracowanie jej do stosowania u ludzi.