S napětím sledujeme nejnovější trendy a proud informací posíláme k vám…

Umělá inteligence přináší nové antibiotikum

Datum: 09.07.2020

200220141748_1_540x360

Pomocí algoritmu strojového učení identifikovali vědci MIT novou účinnou antibiotickou sloučeninu. Při laboratorních testech tato sloučenina zlikvidovala mnoho nejproblematičtějších bakterií způsobujících onemocnění, včetně některých kmenů, které jsou rezistentní vůči všem známým antibiotikům.

Počítačový model, který dokáže během několika dnů provádět screening více než sta milionů chemických sloučenin, je navržen tak, aby vybral potenciální antibiotika, která zabíjejí bakterie pomocí jiných mechanismů než stávající léčiva.

„Chtěli jsme vyvinout platformu, která by nám umožnila využít sílu umělé inteligence k zahájení nového věku objevování antibiotik,“ říká James Collins, profesor v Ústavu lékařského inženýrství a vědy na MIT. „Náš přístup odhalil tuto úžasnou molekulu, která je pravděpodobně jedním z dosud nejsilnějších objevených antibiotik.“

Ve své nové studii vědci také identifikovali několik dalších slibných kandidátů na antibiotika, které plánují dále testovat. Domnívají se, že by tento model mohl být také použit k navrhování nových léků na základě informací, které se dozvěděli o chemických strukturách, které umožňují lékům ničit bakterie.

V posledních několika desetiletích bylo vyvinuto velmi málo nových antibiotik a většina z těchto nově schválených jsou jen mírně odlišnými variantami těch stávajících. Současné metody pro screening nových antibiotik jsou často neúměrně nákladné, vyžadují značné časové investice a obvykle jsou omezeny úzkým spektrum chemické rozmanitosti.

Myšlenka použití prediktivních počítačových modelů pro screening „in silico“ není nová. Jedná se o přímé použití počítačové simulace při diagnostice, léčbě nebo prevenci nemoci. Dosud nebyly tyto modely dostatečně přesné, aby přinášely nové objevy léků. Dříve byly molekuly znázorňovány jako vektory odrážející přítomnost nebo nepřítomnost určitých chemických skupin. Nové neuronové sítě se však mohou tyto vzory učit automaticky a mapovat molekuly do souvislých vektorů, které se následně používají k předpovídání jejich vlastností.

V tomto případě vědci navrhli svůj model tak, aby hledal chemické vlastnosti, díky nimž jsou molekuly účinné při likvidaci E. coli. Za tímto účelem vytrénovali model na asi 2 500 molekulách, včetně asi 1 700 již schválených léčiv. Jakmile byl tento model natrénovaný, vědci jej testovali na přibližně 6 tisících sloučeninách. Model vybral jednu molekulu, u které se předpokládalo, že má silnou antibakteriální aktivitu a měla chemickou strukturu odlišnou od všech existujících antibiotik. Pomocí jiného modelu strojového učení vědci také ukázali, že tato molekula by pravděpodobně měla nízkou toxicitu pro lidské buňky.

Tato molekula, kterou se vědci rozhodli nazvat halicinem, po fiktivním systému umělé inteligence z filmu 2001: Vesmírná odysea, byla dříve zkoumána jako možný lék na cukrovku. Vědci ji testovali proti desítkám bakteriálních kmenů izolovaných od pacientů a pěstovaných v laboratořích a zjistili, že tato molekula je schopna zabít mnoho bakterií rezistentních vůči léčbě, včetně Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii a Mycobacterium tuberculosis. Látka působila proti všem druhům, které testovali, s výjimkou Pseudomonas aeruginosa, obtížně léčitelného plicního patogenu.

K testování účinnosti halicinu u živých zvířat jej vědci použili k léčbě myší infikovaných bakterií A. baumannii, která infikovala také mnoho amerických vojáků rozmístěných v Iráku a Afghánistánu. Kmen A. baumannii, který používali, je rezistentní na všechna známá antibiotika, ale aplikace masti obsahující halicin dokázala infekci zcela odstranit do 24 hodin.

Předběžné studie naznačují, že halicin ničí bakterie tím, že narušuje jejich schopnost udržovat elektrochemický gradient napříč buněčnými membránami. Tento gradient je, mimo jiné, nezbytný k produkci ATP (molekuly, které buňky používají k ukládání energie), takže pokud se gradient rozpadne, buňky umírají. Podle vědců by tento typ smrtícího mechanismu mohl být pro bakterie obtížný k vytvoření odolnosti.

V této studii vědci zjistili, že si E. coli během 30denního období nevyvinula žádnou rezistenci vůči halicinu. Na rozdíl od toho se u bakterií začala vyvíjet rezistence na antibiotikum ciprofloxacin během jednoho až tří dnů a po 30 dnech byly bakterie asi 200krát odolnější vůči ciprofloxacinu, než byly na začátku experimentu.

Vědci plánují pokračovat v dalších výzkumech halicinu ve spolupráci s farmaceutickou společností nebo neziskovou organizací v naději, že bude vyvíjen pro použití u lidí.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

5 × jedna =