- Umělá inteligence objevila nová antibiotika vhodná pro boj proti bakteriím
- Al se dokonce povedlo najít antibiotika proti rezistentnímu zlatému stafylokokovi
- Vědci dokázali předpovědět toxicitu nově objevených antibiotik na lidské buňky
V převratné studii, která byla nedávno publikována v časopise Nature, využili vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) sílu umělé inteligence (AI) k odhalení nové kategorie sloučenin se silnými antibiotickými vlastnostmi. Rezistence vůči antibiotikům, která je naléhavým celosvětovým zdravotním problémem, vzniká tím, že se bakterie vyvíjejí tak, aby odolávaly účinkům antibiotik, což činí léčbu běžných infekcí stále náročnější. Rozsáhlé zneužívání a nadužívání antibiotik tento problém ještě zhoršuje, což přispívá k prodlužování onemocnění a zvyšování výdajů na zdravotní péči.
Umělá inteligence hledá novou skupinu antibiotik
Aby bylo možné vyřešit naléhavou potřebu nových antibiotik, obrátili se výzkumníci z MIT na umělou inteligenci a použili modely hlubokého učení (deep-learning, DL) k prozkoumání nových tříd antibiotik. Vedoucí výzkumný pracovník James Collins zdůraznil inovaci, která stojí za jejich prací, a uvedl: „V této situaci nám bylo umožněno nahlédnout, jakým způsobem se modely naučily a co bylo jejich východiskem pro předpověď vhodnosti určitých molekul jako potenciálních antibiotik.“
Identifikované sloučeniny, objevené na základě průzkumu pomocí umělé inteligence, vykazují účinnost proti bakteriím rezistentním vůči lékům, včetně známého zlatého stafylokoka rezistentního vůči meticilinu (MRSA), který je ve Spojených státech každoročně zodpovědný za více než 10 000 úmrtí. MRSA představuje obrovskou výzvu, protože odolává několika běžně používaným antibiotikům. V průběhu následného testování došlo k identifikaci dvou slibných kandidátů, kteří prokázali schopnost snížit populace MRSA na modelech myší.
Tyto látky specificky cílí na membrány bakteriálních buněk, efektivně bojují proti grampozitivním patogenům a zároveň nijak nenarušují membrány lidských buněk. Díky zdokonalenému přístupu pomocí hlubokého učení (DL) tým nejen objevil novou třídu antibiotik, ale také potvrdil jejich bezpečnost vůči lidským buňkám.
Ačkoli DL pro vývoj léčiv není novým konceptem, jedna z jeho hlavních výzev spočívá v jeho povaze „černé skříňky“, kdy vnitřní fungování modelu zůstává nepochopitelné. Pochopení mechanismů, které stojí za předpověďmi DL, by mohlo vědcům významně pomoci při navrhování nových antibiotik.
Výzkumníci využili model DL vycvičený na rozsáhlém souboru dat obsahujícím přibližně 39 000 sloučenin. Předpovědi antibiotického potenciálu byly provedeny na základě chemických struktur a informací o antibakteriální aktivitě. K demystifikaci předpovědí modelu výzkumníci použili algoritmus zvaný Monte Carlo tree search, který odhalil poznatky o substrukturách přispívajících k antimikrobiální aktivitě. Kromě toho tým díky zohlednění modelů předpovídajících toxicitu pro lidské buňky úspěšně identifikoval sloučeniny s minimálními nežádoucími účinky.
Tato studie nejenže otevírá dveře nové éře objevování antibiotik, ale také podtrhuje potenciál umělé inteligence v rozvoji řešení zdravotní péče a řešení kritických globálních zdravotních problémů.
Josef Novák
Další dnešní články
