Искусственный интеллект помог открыть новый эффективный антибиотик – халицин

Искусственный интеллект помог открыть новый эффективный антибиотик – халицин

Халицин, как назвали это вещество первооткрыватели, оказался эффективным против большинства исследуемых патогенов, а также супербактерий, которые являются нечувствительными к другим известным антибиотикам.

Почему это важно?

С момента их создания, антибиотики помогают предотвратить миллионы смертей по всему миру. Но, несмотря на их несомненную пользу, массовое использование этих веществ породило глобальную проблему.

Многие бактерии имеют свойство приобретать устойчивость против антибактериальных препаратов. Но нередко к этому приводит наше неправильное использование лекарств. Неверная дозировка или раннее прекращение употребления, или их применение при отсутствии на то веских показаний. Несмотря на эффективность данных препаратов исключительно против бактерий, во многих странах, существует тенденция использовать антибиотики с целью «лечения» вирусных заболеваний, чаще всего ОРВИ и гриппа. Ситуация осложняется тем, что гены резистентности к антибиотику могут передаваться от одного вида бактерий к другому, таким образом распространяя устойчивость.

Это привело к тому, что в мире стали распространяться бактерии, нечувствительные ко многим антибиотикам – так называемые супербактерии, и их становится все больше. Лечение вызванных ими инфекций затруднено и требует большого количества ресурсов.

Исследователи опасаются, что если уже сейчас не будут открыты и созданы новые антибиотики, количество смертей от бактериальных инфекций в мире к 2050 году достигнет 10 миллионов в год. Однако разработка новых препаратов против бактерий сильно страдает от значительного недостатка финансирования, да и процедура выведения таких препаратов на рынок может растянуться на 10 лет. Вот почему команда исследователей из MIT предложила применить алгоритмы машинного обучения. Такой подход должен уменьшить стоимость и ускорить процедуру.

Как это было?

HAL 9000

Ученые использовали набор данных о 2 335 молекулах, среди которых были одобренные Управлением продовольствия и медикаментов США лекарственные препараты и натуральные биоактивные вещества, чтобы натренировать нейросеть прогнозировать, какой препарат сможет эффективно подавлять рост кишечной палочки (Escherichia coli), популярного модельного микроорганизма. Затем, используя другую базу данных с информацией о более 6 тысячах молекул, искусственный интеллект (ИИ) по молекулярной структуре смог идентифицировать среди них вещества, которые потенциально активны против кишечной палочки и имеют низкую токсичность для человека.

Таким образом, внимание привлек препарат, структурно непохожий на традиционные антибиотики, но соответствующий заданным требованиям. Его назвали халицин, по имени умного компьютера космического корабля HAL 9000 из культового для многих людей фильма «Космической одиссеи 2001».

Халицин in vitro показал достаточную эффективность против высокорезистентных штаммов микроорганизмов: туберкулезной палочки, ацинетобактерии Баумана и энтеробактерий. Правда, препарат не смог справиться с синегнойной палочкой. Впрочем, это очень хорошие новости, поскольку ВОЗ объявила эти патогены одними из тех, которые в первую очередь нуждаются в создании новых средств борьбы с ними.

Какова эффективность халицина?

Ученые предполагают, что препарат уничтожает бактерии путем необычного для антибиотиков механизма – он нарушает возможность клетки поддерживать электрохимический градиент, что является жизненно необходимым процессом. Это может быть причиной того, что развить устойчивость к препарату сложнее, чем к другим антибиотикам. Кишечная палочка не развила приспособления к халицину даже после 30-дневного применения, а например, к ципрофлоксацину, популярному сегодня антибиотику, за то же время бактерия стала в 200 раз резистентнее, чем в начале исследования.

In vivo исследования проводили на мышах. Первым из них пытались вылечить кожные раны, инфицированные штаммом ацинетобактерии Баумана, который резистентен к антибиотикам, используемым против него. Лечение ран мазью, содержащей халицин, полностью очистило ее от патогена за 24 часа.

Другим мышам вызывали псевдомембранозный колит – редкий побочный эффект применения антибиотиков, который вызывается бактерией Clostridium difficile и проявляется острым воспалением кишечника. В таких случаях обычно препаратом первой линии назначают метронидазол, но халицин оказался даже эффективнее него и помог вылечить всех зараженных мышей за 96 часов. То есть халицин справился на несколько дней раньше, чем метронидазол.

Авторы научной статьи считают, что найденная с помощью ИИ молекула может оказаться одним из мощных антибиотиков, среди когда-либо открытых. А сам метод обнаружения с помощью машинного обучения может внести существенный вклад в решение проблемы создания новых лекарств. К слову, ИИ смог найти еще десятка два перспективных молекул, проанализировав базу данных из почти 107 миллионов веществ. Этих кандидатов ученые планируют исследовать в будущих экспериментах.

Алгоритмы машинного обучения становятся незаменимым помощником в медицине. Подобные прорывы дают основание верить, что со временем ИИ поможет преодолеть немало заболеваний, в частности инфекционных.

Исхаков Максим

Руководитель информационного портала "Безопасник". Директор компании по продаже и установке систем безопасности.

Оцените автора
Портал о системах видеонаблюдения и безопасности
Добавить комментарий