Reklama

Medycyna wspomagana

Medycyna wspomagana

28.02.2020
Czyta się kilka minut
Naukowcy z MIT zaprzęgli sztuczną inteligencję do projektowania nowych antybiotyków. To może być przełom w zwalczaniu wielu chorób.
Zakażenie bakteryjne. Bakteria Escherichia coli (kolor żółty) przyczepiona do resztek umierającej komórki / Fot. STEVE GSCHMEISSNER / Science Photo Library / East News
B

Bakterie ciągle zbierają u ludzi śmiertelne żniwo. Szacuje się, że dziś z powodu ich oporności na leczenie umiera 700 tys. osób rocznie. W samej Europie – 33 tys., z czego prawie 40 proc. przez bakterie oporne na antybiotyki „ostatniej szansy”, takie jak karbapenemy i kolistyna. Według zaś raportu Jamesa O’Neilla, doradcy byłego premiera Davida Camerona, w 2050 r. na zakażenia bakteriami opornymi na leczenie antybiotykami będzie umierać 10 milionów ludzi rocznie. Więcej niż z powodu nowotworów i cukrzycy łącznie.

Wraz z odkryciem penicyliny (1928 r.), antybiotyki stały się jedną z podstawowych grup leków, które uratowały miliony pacjentów. Jednak walka z chorobotwórczymi drobnoustrojami nie została wygrana raz na zawsze. Tak naprawdę wojna ta toczy się od początku naszej ewolucyjnej historii. Antybiotyki rozpoczęły w niej nowy okres – okres przyspieszonych zbrojeń.

Bakterie zdolne są do przetrwania leczenia dzięki nabywaniu oporności. Pojawienie się antybiotyku w środowisku bakterii wywołuje silną selekcję naturalną, która sprawia, że przetrwają tylko te drobnoustroje, które posiadają geny warunkujące ich odporność. Można więc założyć, że stosowanie antybiotyków w dłuższej perspektywie spowoduje, że niektóre choroby będą wywoływać wyłącznie te szczepy bakterii, które przetrwały dziesiątki lat antybiotykoterapii. Najsilniejsze lub najsprytniejsze. Dodatkowo bakterie są w stanie wymieniać między sobą odpowiednie geny, co zdecydowanie przyspiesza ich ewolucję. Niektóre szybko stają się oporne nie na jeden lek, ale na kilka.

Tymczasem od wielu lat produkcja nowych antybiotyków, na które nie istnieje oporność w populacji bakterii, jest mizerna. Liczba nowych leków na rynku co dekadę maleje o połowę. W latach 80. powstało 41 nowych antybiotyków, w latach 90. – 21, a od roku 2000 do teraz jedynie 12. WHO zwraca uwagę, że duże firmy farmaceutyczne nie chcą inwestować w antybiotyki, a małe start-upy pracujące nad nowymi lekami bankrutują. Potrzebne jest nowe podejście do produkcji antybiotyków.

W lutym w czasopiśmie „Cell” ukazał się artykuł, w którym naukowcy z MIT do pracy nad nowymi antybiotykami zaprzęgli sztuczną inteligencję. Początkowo na przykładzie 2,5 tys. substancji o znanym działaniu na bakterie nauczono sieć neuronową rozpoznawać te, które hamują wzrost bakterii Escherichia coli. Jak podkreślają autorzy, kluczowe było to, że sieć neuronowa sama musiała zorientować się, które elementy struktury chemicznej cząsteczki predysponują ją do bakteriobójczego lub bakteriostatycznego działania. Nie chodzi przecież o stworzenie leku mającego swój odpowiednik w już stosowanych antybiotykach, ale takiego, którego cel terapeutyczny jest nieznany „ludzkiej” nauce.


Czytaj także: Łukasz Lamża: Broń biologiczna


Badacze z MIT wytrenowaną sztuczną inteligencję wykorzystali do przeszukania dużych baz związków chemicznych, jakie tworzone są na potrzeby przemysłu farmaceutycznego. Najpierw spośród 6 tys. substancji sieć neuronowa wybrała jedną, która mogła stać się nowym antybiotykiem. Związek o roboczej nazwie SU-3327 jest inhibitorem kinazy białka Jun i był wcześniej testowany jako lek na cukrzycę. Mechanizm działania leku jest zupełnie nowy. Halicin, nazwany tak na cześć komputera Hala 9000 z filmu „2001: odyseja kosmiczna” Stanleya Kubricka, wiąże w komórce bakterii jony żelaza, powodując tym samym upośledzoną regulację kwasowości środowiska wewnętrznego drobnoustroju.

Nie poprzestano tylko na tym. Lek przetestowano zarówno na szalkach Petriego, jak i w żywych organizmach. Wykazał on wysoką skuteczność wobec dwóch z trzech bakterii oznaczonych przez WHO jako szczególnie niebezpieczne ze względu na oporność na wiele antybiotyków – Acinetobacter baumanii i Enterobacteriaceae, opornych na kabapenemy. U myszy wyleczono także infekcję Clostridium difficile, niezwykle groźną bakterią, która powoduje ciężkie zapalenie jelit po wyjałowieniu mikroflory jelitowej przez przewlekłą antybiotykoterapię.

Co ważne: w ciągu 30-dniowej obserwacji bakterie E. coli nie wykazały oporności na nowy antybiotyk. Teraz halicin czekają dalsze badania nad bezpieczeństwem i skutecznością w ludzkim organizmie.

Wykorzystując nową metodę, naukowcy przeszukali bazy danych zawierające łącznie 107 milionów substancji chemicznych, co pozwoliło wyłonić jeszcze 23 związki strukturalnie niepodobne do żadnego istniejącego na rynku antybiotyku. Osiem z nich wykazało potencjalny efekt antybakteryjny. Dodatkowo, stworzony model sieci neuronowej bada również bezpieczeństwo substancji wobec ludzkiej komórki. Najbardziej imponuje czas, w jakim sztuczna inteligencja jest w stanie przeszukać tak ogromną pulę związków. Całość zajęła zaledwie trzy dni.

Ten materiał jest bezpłatny, bo Fundacja Tygodnika Powszechnego troszczy się o promowanie czytelnictwa i niezależnych mediów. Wspierając ją, pomagasz zapewnić "Tygodnikowi" suwerenność, warunek rzetelnego i niezależnego dziennikarstwa. Przekaż swój datek:

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum

Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz

© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]