Már az antibiotikum kutatásban is a mesterséges intelligencia lehet a megoldás

Új antibiotikumok szükségesek az elhatalmasodó probléma megfordításához, melyek kifejlesztése időbe telik. Az IBM Research most a mesterséges intelligenciát (AI) alkalmazza a feladatra, és úgy tűnik két nagyon ígéretes új gyógyszerjelöltet találtak viszonylag rövid időn belül. 

Antibiotikumra szükség van

A penicillin felfedezése a 20. század egyik legfontosabb tudományos áttörése volt, a korábban halálos fertőzések általa könnyen kezelhetővé váltak. Azonban évtizedekkel később, ezek az előnyök lankadni látszanak.

Mint minden organizmus, a baktériumok is a környezetre reagálva fejlődnek ki. Amikor a környezetüket – azaz a testünket – módosító szerekkel pumpáljuk, csak idő kérdése, hogy a baktériumok megtalálják annak útját, hogy hogyan védekezzenek ellene. Elegendő idő és antibiotikum felhasználása esetén csak azok a mikrobák maradnak meg, amelyek genetikailag immunisak a gyógyszerekkel szemben.

Jelenleg, egyre inkább ebben a helyzetben találjuk magunkat. Most az utolsó védelmi vonalnál járunk, és aggasztó módon még ezek is kezdenek kudarcot vallani. Újabb antibiotikumok vagy egyéb kezelési módok nélkül a tudósok azt jósolják, hogy 2050-ig, az egyszerű kisebb fertőzések évente akár 10 millió életet is követelhetnek.

Még rosszabb, hogy az új gyógyszerek kifejlesztése évekig is eltarthat, mely ráadásul rengeteg kísérletet igényel és hibával jár, annak következtében, hogy a potenciális molekulák számtalan lehetséges kémiai kombinációból állnak. Szerencsére a mesterséges intelligencia kitűnő megoldásul szolgálhat ennek leszűkítése érdekében. Az IBM kifejlesztett egy új rendszert, amely képes orvosolni az előrevetített negatív jövőt.

AZ IBM által talált megoldás 

Az IBM kutatócsoport olyan AI rendszert hozott létre, amely sokkal gyorsabban fedezi fel a molekuláris konfigurációk teljes lehetőségtárát. A kutatók először egy mély generatív autoenkódolónak nevezett modellel kezdtek, amely lényegében egy sor peptidszekvenciát vizsgál meg. Ezzel fontos információkat rögzít a funkcióikról és az őket alkotó molekulákról, hasonlóságokat keresve más peptidekkel.

Ezután a Controlled Latent attribútum términtavétel (CLaSS) nevű rendszert alkalmazzák. Ez a rendszer felhasználja az összegyűjtött adatokat, és új, specifikus, megfelelő tulajdonságokkal rendelkező peptid molekulákat generál. Ebben az esetben ez az antimikrobiális hatékonyság.

Természetesen a baktériumok elpusztításának képessége nem az egyetlen követelmény az antibiotikumokkal szemben. Annak emberi felhasználás szempontjából is biztonságosnak kell lennie, és ideális esetben a baktériumok számos csoportján keresztül kell tudnia működni. 

Ezután az AI által generált molekulákat mély tanulási osztályozókon futtatják le, hogy kiszűrjék a hatástalan vagy toxikus kombinációkat.

Két peptid különösen ígéretesnek bizonyult - nagyon hatásosak voltak a két főosztály (Gram-pozitív és Gram-negatív) baktériumaival szemben, mivel lyukakat ütöttek a hibák külső membránjaiba. Sejtkultúrákban és egérvizsgálatokban szintén alacsony toxicitásuk volt, és nagyon valószínűtlennek tűnt, hogy további gyógyszerrezisztenciát eredményezzenek

A két új antibiotikum-jelölt önmagában is elég izgalmas felfedezés, de ami igazi áttörésnek nevezhető, az maga a felfedezési folyamat. Az új antibiotikumok gyors és hatékony fejlesztése és tesztelése megakadályozhatja a legrosszabb forgatókönyvet, miszerint visszatérünk az antibiotikumok előtti időkhöz.