Nou antibiotic puternic, descoperit de Inteligența Artificială

Folosind un algoritm de învățare automată (machine-learning algorithm), cercetătorii MIT (Massachusetts Institute of Technology) au identificat un nou compus antibiotic foarte puternic. În testele de laborator, medicamentul a ucis multe dintre cele mai problematice bacterii cauzatoare de boli din lume, inclusiv unele tulpini rezistente la toate antibioticele cunoscute. De asemenea, a eliminat infecțiile în două modele diferite de cobai.

Modelul de algoritm, care poate analiza peste o sută de milioane de compuși chimici în câteva zile, este conceput pentru a alege antibiotice potențiale care ucid bacteriile folosind mecanisme diferite decât cele ale medicamentelor existente.

„Am vrut să dezvoltăm o platformă care să ne permită să valorificăm puterea pe care o are inteligența artificială pentru a crea o nouă epocă a descoperirii de antibiotice", spune James Collins, profesor de inginerie și știință medicală de la Institutul pentru Inginerie Medicală și Știință al MIT și de la Departamentul de Inginerie Biologică. „Abordarea noastră a dezvăluit această moleculă uimitoare, care este probabil unul dintre antibioticele cele mai puternice care a fost descoperit până acum", a continuat el.

În noul lor studiu, cercetătorii au identificat, de asemenea, alte substanțe promițătoare ca antibiotice, pe care intenționează să le testeze în continuare. Ei cred că modelul ar putea fi folosit și pentru a proiecta noi medicamente, pe baza a ceea ce a învățat despre structurile chimice care permit medicamentelor să ucidă bacteriile.

Ideea de a utiliza modele computerizate predictive pentru screeningul „in silico" nu este nouă, dar până acum aceste modele nu erau suficient de precise pentru a transforma descoperirea medicamentelor. Noile rețele neuronale, însă, pot învăța aceste reprezentări în mod automat, mapând moleculele.

Ce face noul antibiotic

În acest caz, cercetătorii și-au proiectat modelul pentru a căuta, întro serie de compuși, caracteristici chimice care moleculele eficiente în uciderea E. coli. Pentru a face acest lucru, ei au aplicat algoritmul modelul pe aproximativ 2.500 de molecule, dintre care aproape 1.700 erau de fapt de medicamente aprobate de FDA, iar un set de 800 erau produse naturale, cu structuri diverse și o gamă largă de bioactivități. Odată adaptat algoritmul, cercetătorii MIT l-au aplicat pe o bază de date cu peste 6.000 de alți compuși chimici. Dintre aceștia, programul a ales o singură moleculă despre care a constatat că ar putea avea un puternic efect antibacterian și care avea o structură chimică diferită de antibioticele cunoscute. Apoi, cercetătorii au folosit un al doilea algoritm care le-a arătat că acest compus va avea cel mai probabil un nivel toxiv minim în celulele omanei.

Această moleculă, pe care cercetătorii au decis să o numească „halicină", după sistemul fictiv de inteligență artificială din filmul „2001: A Space Odyssey", a fost investigată anterior ca posibil medicament pentru diabet. Cercetătorii MIT au testat-o împotriva a zeci de tulpini bacteriene izolate de la pacienți și „cultivate" în laborator și au descoperit că halicina a fost capabil să ucidă multe dintre bacteriile care sunt rezistente la antibiotice, inclusiv Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii și Mycobacterium tuberculosis. Medicamentul a funcționat împotriva oricărei specii pe care l-au testat, cu excepția Pseudomonas aeruginosa, un agent patogen pulmonar dificil de tratat.

Pentru a testa eficacitatea halicinei la animalele vii, cercetătorii au folosit-o pentru a trata șoarecii infectați cu A. baumannii, o bacterie care a infectat mulți soldați americani staționați în Irak și Afganistan. Tulpina de A. baumannii pe care au folosit-o este rezistentă la toate antibioticele cunoscute, dar aplicarea unui unguent care conține halicină a curățat complet infecțiile în 24 de ore.

Studii preliminare sugerează că halicina ucide bacteriile prin perturbarea capacității lor de a menține un gradient electrochimic în membranele celulare. Acest gradient este necesar, printre alte funcții, pentru a produce ATP (molecule pe care le utilizează celulele pentru stocarea energiei), deci dacă gradientul se descompune, celulele mor. Cercetătorii spun că la acest tip de mecanism de atac va fi dificil pentru bacterii să dezvolte rezistență.

În acest studiu, cercetătorii au descoperit că E. coli nu a dezvoltat rezistență la halicină în timpul unei perioade de tratament de 30 de zile. În schimb, la alte antibiotice aceleași bacterii pot dezvola rezistentă chiar și în decurs de una până la trei zile.