В рамках исследовательского проекта Массачусетского технологического института искусственный интеллект создал новый мощный антибиотик широкого спектра Halicin, эффективность которого уже доказали лабораторные испытания.

Согласно официальным данным ВОЗ, феномен антибиотикорезистентности является одной из наиболее существенных угроз глобальной медицинской безопасности. Возбудители инфекций теряют чувствительность к антибактериальным препаратам в результате естественной эволюции или случайных мутаций, спровоцированных воздействием антибиотиков. Такое происходит в том случае, если к применению подобных лекарственных препаратов прибегают без должной необходимости – зачастую самовольно без консультации со специалистом.

Во всём мире наблюдается прирост нечувствительных к антибиотикотерапии штаммов возбудителей инфекционных заболеваний. Например, в Великобритании с 2013 по 2017 год количество резистентных к антибиотикам инфекций выросло на 35%, несмотря на активные меры по ограничению неоправданного использования антибиотиков. В случае дальнейшего прогрессирования феномена, большинство штаммов станут антибиотико-резистентными и, как следствие, смертельными для человечества. В наше время жертвами модифицированных бактерий ежегодно становятся около 700 тысяч человек. По расчётам ВОЗ, к 2050 году неконтролируемые возбудители заболеваний могут унести более 10 миллионов человеческих жизней.

Разработка новых лекарственных средств – чрезвычайно долгий и дорогостоящий процесс. Специалистам приходится обрабатывать огромное количество информации о заболеваниях и экспериментировать с различными веществами, чтобы проверить их эффективность в борьбе с конкретным состоянием и изучить весь спектр влияния действующих веществ на организм человека. Зачастую для начала продажи лекарственного препарата необходимы несколько лет. К примеру, этап создания молекулы действующего вещества и клинические испытания, как правило, разделяют около 5 лет. В случае применения алгоритмов искусственного интеллекта этот период может сократиться всего до нескольких месяцев.

Биоинженеры из Массачусетского технологического института разработали алгоритм, действующий на базе архитектуры, спроектированной по подобию человеческого мозга. Процесс обучения искусственного интеллекта заключается в обработке больших объёмов информации для выявления потенциально применимых взаимосвязей. Чтобы получить новый антибиотик, исследователи дали алгоритму изучить и проанализировать структуры 2335 наименований лекарственных аппаратов. Их целью было получение ряда веществ, обладающих антибактериальными свойствами, достаточными для подавления кишечной палочки E. coli. Ключевой особенностью искомой молекулы была структура, которая в корне отличалась бы от существующих антибиотиков.

Среди выходных данных исследователи отсеяли 100 веществ-кандидатов, которые были подвержены физическим испытаниям в стенах лаборатории. Специалисты также использовали алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы оценить безопасность потенциальных лекарственных средств для человеческого организма. В итоге биоинженеры получили Halicin. По словам Джеймса Коллинса, одного из членов исследовательской группы МТИ, Halicin – один из мощнейших антибиотиков в истории современной медицины. Вещество назвали в честь обладающего искусственным интеллектом и способностью к самообучению компьютера HAL 9000 из цикла произведений «Космическая одиссея» Артура Кларка.

Это вещество способно уничтожить 35 видов потенциально смертельных бактерий, в том числе штаммы, продемонстрировавшие мультирезистентность к существующим видам антибиотиков. Более того, в ходе пре-клинического испытания, бактерия E. coli не мутировала для обретения резистентности к молекуле Halicin даже спустя месяц наблюдений. По словам главного научного сотрудника проекта Регины Барзилай, Halicin атакует внешнюю оболочку клетки, блокируя возможность бактерии получать или производить энергию, необходимую для мутаций и размножения. Помимо испытаний в чашках Петри, биоинженеры прибегли к тестированию эффективности вещества на лабораторных мышах. Halicin без труда обезвредил все штаммы бактерии Acinetobacter baumannii, резистентной ко всем известным антибиотикам.

Команда учёных надеется продолжить работу над исследованием нового вещества и доказать, что Halicin безопасен и эффективен для людей. Неизвестно, как скоро международные управления по надзору за качеством медикаментов сумеют одобрить новый препарат. Барзилай, Коллинс и их коллеги искренне надеются, что в будущем использование подобных алгоритмов значительно упростит, ускорит и удешевит не только создание новых лекарственных средств, но и их путь к пациентам.

Источник: A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery