Επιστήμονες ανακάλυψαν ισχυρό αντιβιοτικό με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης

Επιστήμονες από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) ανέπτυξαν ένα ισχυρό νέο αντιβιοτικό που σκοτώνει μερικά από τα πιο επικίνδυνα κι ανθεκτικά βακτήρια στον κόσμο, με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης. Είναι η πρώτη φορά που η τεχνολογία αυτή βρίσκει εκ του μηδενός, ένα νέο και μάλιστα τόσο ισχυρό αντιβιοτικό και αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να εφαρμοστεί και σε άλλους τύπους φαρμάκων, όπως εκείνων που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία του καρκίνου ή των νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Οι δοκιμές έδειξαν ότι το αντιβιοτικό που ονομάζεται halicin εξόντωσε αρκετά στελέχη βακτηρίων ανθεκτικά σε όλα τα γνωστά αντιβιοτικά, συμπεριλαμβανομένων των Acinetobacter baumannii και Enterobacteriaceae, δύο από τα τρία παθογόνα υψηλής προτεραιότητας σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας. Αξίζει να σημειωθεί πως το halicin που παραπέμπει στο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης HAL του βιβλίου και της ταινίας «2001: Οδύσσεια του Διαστήματος», είχε εξετασθεί ως πιθανό αντιδιαβητικό φάρμακο, αλλά χωρίς επιτυχία.

Η επιστημονική ομάδα με επικεφαλής τον συνθετικό βιολόγο Τζιμ Κόλινς και την καθηγήτρια του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Υπολογιστών Ρετζίνα Μπαρζιλάι, δημιούργησε έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης εμπνευσμένο από την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου και ανέλυσε πολλές χημικές ουσίες, βρίσκοντας τελικά μια με ισχυρές αντιβιοτικές ιδιότητες.

Οι ερευνητές εκπαίδευσαν τον αλγόριθμο για να εντοπίσουν μόρια που αναστέλλουν την ανάπτυξη του βακτηρίου Escherichia coli, χρησιμοποιώντας μια συλλογή 2.335 μορίων δραστικών ουσιών για τα οποία ήταν γνωστή η αντιβακτηριακή τους δράση, εκ των οποίων τα 1.700 ήταν φάρμακα εγκεκριμένα από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) των ΗΠΑ, ενώ τα υπόλοιπα 800 ήταν φυσικά προϊόντα.

«Ο αλγόριθμος μαθαίνει να προβλέπει τη μοριακή λειτουργία χωρίς να κάνει υποθέσεις για το πώς λειτουργούν τα φάρμακα και χωρίς να επισημαίνει χημικές ομάδες», εξηγεί η Μπαρζιλάι. Ως αποτέλεσμα, το μοντέλο μπορεί να ανακαλύψει νέα μοντέλα άγνωστα στους επιστήμονες.

Στη συνέχεια, ο αλγόριθμος δοκιμάστηκε σε περίπου 6.000 άλλα μόρια με πιθανή αντιβιοτική δράση, τα οποία περιλαμβάνονται στη βάση δεδομένων Drug Repurposing Hub. Μέσα σε λίγες ώρες ο αλγόριθμος επέλεξε 100 υποψήφια για δοκιμές και κατέληξε σε ένα μόριο με χημική δομή διαφορετική από άλλα γνωστά αντιβιοτικά που βρέθηκε να είναι το πιο αποτελεσματικό κατά του βακτηρίου E.coli. Ο αλγόριθμος που ανέπτυξε η επιστημονική ομάδα έψαξε στη βάση δεδομένων ZINC15 που περιλαμβάνει 107 εκατομμύρια μόρια, κι ανακάλυψε άλλες 23 υποψήφιες δραστικές αντιμικροβιακές ουσίες. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν δοκιμές σε ζώα και κατέληξαν σε οκτώ ουσίες με αντιβακτηριακές ιδιότητες, από τις οποίες δύο μπορεί να έχουν και αντιβιοτικές ιδιότητες, γι’ αυτό και θα δοκιμασθούν περαιτέρω.

Τα αντιβιοτικά λειτουργούν μέσω μιας σειράς μηχανισμών, όπως η παρεμπόδιση των ενζύμων που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος, στην επιδιόρθωση του DNA ή στη σύνθεση πρωτεϊνών. Αλλά ο μηχανισμός του halicin είναι διαφορετικός καθώς διακόπτει τη ροή των πρωτονίων σε μια κυτταρική μεμβράνη. Στις αρχικές δοκιμές σε ζώα, φάνηκε επίσης να έχει χαμηλή τοξικότητα και να είναι ανθεκτικό. Σε πειράματα, η ανθεκτικότητα σε άλλες αντιβιοτικές ενώσεις συνήθως εμφανίζεται μέσα σε μια μέρα ή δύο, λέει ο Κόλινς. «Αλλά ακόμα και μετά από 30 ημέρες τέτοιων δοκιμών δεν είδαμε αντίσταση ενάντια στην ααλικίνη».

Η ανθεκτικότητα των βακτηρίων στα αντιβιοτικά αυξάνεται δραματικά παγκοσμίως και οι ερευνητές προβλέπουν ότι αν δεν αναπτυχθούν επειγόντως νέα φάρμακα, οι λοιμώξεις θα μπορούσαν να σκοτώσουν 10 εκατομμύρια ανθρώπους έως το 2050. Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες, η ανακάλυψη και η έγκριση των νέων αντιβιοτικών έχει μειωθεί. «Χρειαζόμαστε νέες χημικές ουσίες με νέους μηχανισμούς δράσης», λέει ο Κόλινς.

Η επιστημονική ομάδα ελπίζει τώρα να συνεργαστεί με φαρμακευτική εταιρία ή μη κερδοσκοπικό οργανισμό για την ανάπτυξη ενός αντιβιοτικού για τους ανθρώπους.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό βιολογίας Cell.

ΠΗΓΗ: Nature