AI обнаружил новый антибиотик в старом лекарстве
Американские ученые из Массачусетского технологического института (МТИ) использовали алгоритм машинного обучения для выявления мощных антибиотических свойств, скрывающихся в препарате, который ранее был разработан в качестве потенциального средства для лечения диабета.
В ранних моделях на мышах и лабораторных испытаниях препарат смог уничтожить некоторые из наиболее лекарственно устойчивых и опасных бактерий, используя уникальный механизм действия по сравнению с другими антибиотиками.
"Мы хотели разработать платформу, которая позволила бы нам использовать силу технологии искусственного интеллекта (artificial intelligence, AI), чтобы начать новую эру открытия антибиотиков, - сказал Джеймс Коллинз, профессор медицинской инженерии в Массачусетском технологическом институте. - Наш подход позволил выявить эту удивительную молекулу, которая, возможно, является одним из самых мощных антибиотиков, которые были до сих пор обнаружены".
Информация об этом исследовании была опубликована в журнале Cell.
В то время как другие антибиотики могут воздействовать на структуру клеточных стенок бактерий или препятствовать активности инфекционного фермента или синтезу белков, эта новая молекула нацелена на блокирование электрохимического градиента, который протекает через клеточные мембраны и необходим для поддержания клеточного метаболизма.
Названное галицином (halicin) по аналогии с мыслящей машиной из фильма "2001: Космическая одиссея", это соединение оказалось невероятно эффективным против штаммов Clostridium difficile*, Acinetobacter baumannii** и Mycobacterium tuberculosis***. Кроме того, по мнению исследователей, его новый механизм действия потенциально может обойти большинство бактериальных методов лекарственной устойчивости.
Алгоритм, используемой для идентификации соединения, был сначала обучен на базе из 2500 химических структур, которые, как было известно, эффективны при убийстве кишечной палочки. После определения закономерностей и общих черт в этих данных, модель затем просмотрела библиотеку, содержащую около 6000 соединений из Центра по переработке лекарственных средств при Массачусетском технологическом институте и Гарварде.
Система предсказала, что одно из соединений обладает сильной антибактериальной активностью. При этом исследователи выявили еще несколько кандидатов на эффективное лекарство, которых планируют протестировать в дальнейшем. Затем была использована отдельная модель машинного обучения для определения токсичности галицина по отношению к клеткам человека, прежде чем он был синтезирован для тестирования.
В лаборатории исследователи также обнаружили, что кишечная палочка не смогла развить устойчивость к галицину через 30 дней, по сравнению с 24-72 часами, которые понадобились для защиты от антибиотиков ципрофлоксацина. Команда сказала, что планирует продолжить изучение препарата и работать с некоммерческими или промышленными партнерами над его разработкой для использования в организме человека.
* Clostridioides difficile — вид анаэробных спорообразующих грамположительных бактерий рода клостридий. C. difficile является главным возбудителем псевдомембранозного колита, тяжёлого инфекционного заболевания прямой кишки, часто возникает в случае уничтожения флоры кишечника из-за использования антибиотиков.
** Acinetobacter baumannii — вид грамотрицательных бактерий из рода ацинетобактеров. В человеческой культуре они ответственны за множество случаев внутрибольничных инфекций. Вызывают менингит, пневмонию, заражение ран, инфекции кровотока и урологические инфекции.
*** Mycobacterium tuberculosis (палочка Коха) — вид микобактерий, входит в группу близкородственных видов Mycobacterium tuberculosis complex, способных вызывать туберкулёз у человека.
