С помощью ИИ-приложения создан антибиотик halicin
Система искусственного интеллекта, созданная учеными Массачусетского технологического института, обнаружила химическое соединение, обладающее свойствами сильного антибиотика. С его помощью, как предполагается, можно лечить более 30-ти заболеваний. Ученые считают, что это открытие положит начало эпохе антибиотиков с абсолютно новыми химическими структурами и свойствами.
Как указывают авторы исследования, идея использования прогностических компьютерных моделей с использованием компьютерного моделирования эксперимента («in silico») не нова. Однако до настоящего времени подобные модели не обладали достаточной точностью для того, чтобы создать лекарство.
Разработанная учеными MIT компьютерная модель предназначена для выявления потенциальных антибиотиков, убивающих бактерии с использованием механизмов, которых нет ни у одного из существующих сегодня лекарственных препаратов.
Модель предназначалась для поиска химических особенностей, которые делают молекулы эффективными для уничтожения бактерий кишечной палочки (E. coli). С этой целью модель «обучили» на базе данных из 2,5 тысяч молекул лекарств и различных натуральных продуктов с широким спектром биологической активности.
Тестирование модели проходило в Broad Institute of MIT and Harvard, биомедицинском и геномном исследовательском центре, расположенным в Кембридже.
В ходе эксперимента модель выбрала одно молекулярное соединение, спрогнозировав его необычно сильную антибактериальную активность и гораздо более низкую токсичность для клеток человека, чем у большинства существующих в настоящее время антибиотиков. Химическая структура выбранного соединения также резко отличается от всех известных антибиотиков.
В ходе лабораторных испытаний препарат уничтожил большую часть наиболее проблемных болезнетворных бактерий, в том числе и штаммы бактерий, устойчивых ко всем известным антибиотикам – например, распространенной патогенной бактерии Acinetobacter baumannii, которой заражены многие госпитали и больницы мира. Кроме того, исследователи обнаружили, что патогенные бактерии не развивают к новому лекарству никакой резистентности (устойчивости) в течение 30-дневного периода лечения.
Новое соединение уже получило название Halicin - по имени вымышленной системы искусственного интеллекта из культового научно-фантастического фильма Стэнли Кубрика «2001: Космическая одиссея». К слову, раньше оно рассматривалось в качестве возможного лекарства от диабета.
За последние несколько десятилетий было разработано очень мало новых антибиотиков, к тому же большинство из них представляют собой варианты уже существующих лекарств. Современные методы разработки новых антибиотиков непомерно дороги, требуют значительного времени и ограничены узким спектром химически веществ. Все это – на фоне увеличения числа патогенов, устойчивых к существующим антибиотикам. По словам Джеймса Коллинза (James Collins), профессора медицинской инженерии и науки из Institute for Medical Engineering and Science (IMES), исследователи хотели разработать платформу, использующую возможности ИИ, для открытия новой эры антибиотиков. Этот подход выявил удивительную молекулу, которая, возможно, является одним из самых мощных антибиотиков, открытых до настоящего времени.
Созданная компьютерная модель, по мнению ее разработчиков, может быть использована для разработки новых лекарств. Так, после идентификации halicin компьютерная модель изучила свыше 100 млн молекул, выбранных из бесплатной базы данных коммерчески доступных соединений ZINC15. Анализ, занявший всего три дня, выявил еще 23 соединения, которые структурно отличаются от существующих антибиотиков и, по прогнозам, нетоксичны для клеток человека. Они также вошли в число перспективных кандидатов на использование в качестве антибиотиков, и будут протестированы в обозримом будущем.
Исследователи также планируют использовать свою модель и для оптимизации уже существующих лекарственных соединений. Например, модель можно обучить «добавлять» антибиотикам новые функции, которые сделали бы мишенью для того или иного лекарства только определенные патогены, предотвратив уничтожение полезных бактерий в пищеварительном тракте пациента.
«Эти новаторские исследования знаменуют собой сдвиг парадигмы в открытии антибиотиков, в частности, и лекарств, в целом», - считает говорит Рой Кишони (Roy Kishony), профессор биологии и компьютерных наук в Израильском технологическом институте (Israel Institute of Technology Technion). – Новый подход позволит использовать ИИ на всех этапах разработки антибиотиков, от открытия до повышения эффективности и снижения токсичности с помощью модификаций лекарств и медицинской химии».
Опубликовано 05.03.2020