ИИ помог открыть новый класс антибиотиков для уничтожения устойчивых к лекарствам бактерий

Искусственный интеллект помог открыть новый класс антибиотиков, способных лечить инфекции, вызванные устойчивыми к лекарствам бактериями. Это может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам, которая стала причиной гибели более 1,2 миллиона человек в 2019 году, и ожидается, что в ближайшие десятилетия эта цифра вырастет.

Испытания на мышах показали, что новые соединения антибиотиков оказались многообещающими для лечения как метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA), так и ванкомицин-резистентного энтерококка – бактерии, у которой развилась устойчивость к препарату, обычно используемому для лечения инфекций MRSA.

«Наши модели ИИ говорят нам не только о том, какие соединения обладают избирательной антибиотической активностью, но и почему, с точки зрения их химической структуры», — говорит Феликс Вонг из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда в Массачусетсе.

Вонг и его коллеги намеревались показать, что открытие лекарств под управлением ИИ может выйти за рамки определения конкретных целей, с которыми могут связываться молекулы лекарств, и вместо этого предсказать биологический эффект целых классов лекарствоподобных соединений.

Сначала они проверили воздействие более чем 39 000 соединений на золотистый стафилококк и три типа клеток человека из печени, скелетных мышц и легких. Результаты стали обучающими данными для моделей искусственного интеллекта, позволяющими изучать закономерности в химических атомах и связях каждого соединения. Это позволило ИИ предсказать как антибактериальную активность таких соединений, так и их потенциальную токсичность для клеток человека.

Затем обученные модели искусственного интеллекта проанализировали 12 миллионов соединений с помощью компьютерного моделирования, чтобы найти 3646 соединений с идеальными свойствами, подобными лекарствам. Дополнительные расчеты выявили химические субструктуры, которые могли бы объяснить свойства каждого соединения.

Сравнивая такие субструктуры в различных соединениях, исследователи определили новые классы потенциальных антибиотиков и в конечном итоге обнаружили два нетоксичных соединения, способных убивать как MRSA, так и устойчивые к ванкомицину энтерококки.

Наконец, исследователи использовали эксперименты на мышах, чтобы продемонстрировать эффективность этих соединений в лечении инфекций кожи и бедер, вызванных MRSA.

Было обнаружено лишь несколько новых классов антибиотиков, таких как оксазолидиноны и липопептиды, которые хорошо действуют как против MRSA, так и против энтерококков, устойчивых к ванкомицину, и устойчивость к таким соединениям растет, говорит соавтор исследования Джеймс Коллинз из Института Броуда.

«Наша работа выявила новый класс антибиотиков, один из немногих за 60 лет, который дополняет другие антибиотики», — говорит он.

Исследователи начали использовать этот подход, управляемый искусственным интеллектом, для разработки совершенно новых антибиотиков и открытия других новых классов лекарств, таких как соединения, которые избирательно убивают стареющие, поврежденные клетки, участвующие в таких заболеваниях, как остеоартрит и рак.